蛋白質計量發展現狀和趨勢

蛋白質計量發展現狀和趨勢

    近年來，生命科學以前所未有的速度在全球范圍內蓬勃發展，生物計量已作為一個嶄新的計量領域被提到日程上來。生物計量在實現生物測量量值溯源與傳遞，保證生物測量結果準確、有效和可比中發揮出越來越重要的作用。
    一、蛋白質計量的內涵
    蛋白質是由氨基酸分子縮合而成的高聚物。蛋白質計量是生物計量的一個重要分支，是研究蛋白質測量的科學。國際物質量咨詢委員會(CCQM）生物分析工作組（BAWG）目前確定的蛋白質計量工作主要包括蛋白質定量，蛋白質鑒定，多肽和蛋白質的氨基酸序列分析，蛋白質大小、功能、活性以及蛋白質的1,2,3,4級結構分析等測量活動。
    蛋白質相關測量既包括檢測對象是蛋白質測量活動，也包括基于蛋白質技術的一切測量活動。蛋白質計量的主要任務是為蛋白質含量測定、活性分析、功能測定、序列以及高級結構測定等建立計量標準和溯源途徑，保證蛋白質相關測定結果能夠溯源到SI國際單位、國際定義、基準或標準物質上，從而實現蛋白質相關測量結果的準確、有效和可比。
    二、蛋白質計量的重要性和迫切性
    隨著人類基因組序列圖的最終完成，生命科學研究進人了蛋白質組學的時代。在這個時代里，蛋白質相關測量在醫學臨床檢驗、司法鑒定、檢驗檢疫、生物安全、食品安全、生命科學基礎研究等領域以及生物產業化過程中的應用越來越廣泛，蛋白質計量在生物技術發展進程中正逐漸顯現出其重要性和社會對它的迫切需求。
   1.發展蛋白質計量是保障大眾健康的前提
   不僅激素、生物標志物等多肽和蛋白質本身是臨床化驗和疾病診斷的重要指標，其他許多重要臨床生化指標也是通過蛋白質相關技術，如免疫法等測定的。然而由于缺乏相應的計量標準，至今我國沒有一家醫院的全部化驗結果能在其他各醫院通用，檢驗數據缺乏可比性，不僅降低了疾病診斷的可靠性，而且增加了病人重復化驗的成本。
   2.蛋白質計量是國家檢驗檢疫體系的重要支柱
   外來生物、植物病原、真菌等的檢測是我國出人境檢驗檢疫的重要組成部分，普遍采用了免疫分析技術；然而由于缺乏相應的計量標準，檢測數據難以溯源，因此就很難保證檢測結果的準確、有效，給國家出人境檢驗檢疫和生物安全監控帶來不利的影響。
   3.蛋白質計量對于保持我國貿易優勢地位意義重大
   蛋白質醫藥市場在過去的5年中已經從2001年的250億美元上漲到2005年的510億美元，增長了1倍多；單克隆抗體、蛋白質芯片等技術已成為生物產業新的增長點，蛋白質產品在國際貿易中的比重也越來越大。蛋白質的含量、活性等測定已經成為蛋白質產品質量評價和貿易結算的重要依據。然而，由于沒有建立相應的蛋白質含量和活性測定的計量標準和溯源體系，造成貿易雙方對蛋白質產品的質量評價結果不一、貿易糾紛不斷。
   三、我國在蛋白質計量方面存在的主要問題
   1．計量概念模糊，蛋白質標準物質、標準品、對照品、試劑等混用
   國際和國內對標準物質都有嚴格的定義，這些標準物質往往作為蛋白質測定結果的溯源依據。標準物質的定值方法經過嚴格的計量學考察，使用標準物質作為蛋白質測定結果的溯源依據具有計量學的保證，能夠保證蛋白質測定結果的準確、有效和可比。但是標準品、對照品、試劑等沒有經過標準物質所要求的考察，其量值不能夠溯源到相應的標準物質或SI單位上，因此不能完全保證其計量學特性。國內能力驗證已多次發現標準物質使用不當而造成的結果離群，雖然蛋白質測量還未組織過能力驗證，但類似的問題已存在，加強蛋白質計量概念的宣傳尤為必要和迫切。
    2.目前絕大部分蛋白質相關實驗刻定結果沒有溯源性
    首先，雖然待測量值已經定義了國際單位，溯源關系清晰，但是缺乏包括標準物質在內的計量標準，或者由于計量觀念的缺乏而未能有效地使用相應的計量標準，使蛋白質相關測定結果不能溯源到上一級計量標準上去。其次，對于蛋白質活性、功能、結構的測定，國際單位制中沒有相應的定義，或者尚未形成公認的國際定義、標準等，這些測定結果的計量僅在某些領域作了初步的嘗試，還沒有被其他領域廣泛認可，造成蛋白質活性、功能、結構測定的結果不能溯源到更高一級的計量標準上。此外，溯源體系不完整、多源頭溯源或者測定結果不能最終溯源到SI單位也都導致測定結果溯源性的缺乏。測定結果溯源性的缺乏使得準確度難以保證，結果難以比較，從而引發重復化驗、貿易糾紛等一系列問題，而且隨著蛋白質測量應用面的逐漸擴大，缺乏溯源性帶來的負面影響越來越突出。因此，加強蛋白質標準物質的研制和加快蛋白質活性、功能、結構等計量體系的建立迫在眉睫。
    不同領域的蛋白質測量活動推動了蛋白質計量的產生和發展。目前，蛋白質計量標準和溯源體系的缺失已成為制約臨床檢驗和疾病診斷、檢驗檢疫、生物醫藥等諸多領域蛋白質含量、活性、結構測定量值準確、有效和可溯源的主要原因之一，蛋白質計量工作的開展勢在必行。
    四、國外蛋白質計量研究進展
    西方發達國家從20世紀末正式開始蛋白質計量的研究，現已取得了初步成果。蛋白質計量工作主要集中在兩個方面：一是對于溯源途徑清晰的蛋白質含量的測量活動，如多肽、蛋白質含量、蛋白質翻譯后修飾的測量，建立相應的溯源體系和計量標準，使得多肽和蛋白質含量測定能夠直接溯源到SI單位；二是對于蛋白質活性、功能、結構等溯源途徑尚未明確或存在爭議的蛋白質測量活動，重點在于提高測量結果的可比性。
    英國生物測量（MfB）計劃從2001年開始啟動了一系列為提高蛋白質測量結果可比性而進行的研究，其中包括蛋白質定量,ELISA定量和蛋白微陣列可比性、蛋白質翻譯后修飾鑒定的可比性等研究工作，并計劃在2004年~2007年開展蛋白質高級結構和蛋白質相互作用可比性測量的研究。英國生物測量計劃的投人高達1400萬英鎊，從而保證了蛋白質計量研究所需的巨額經費，增強了英國企業的競爭能力，有效提高了蛋白質相關測量的重復性和可比性。澳大利亞政府實驗室（AGAL)也開展了類似的研究。
    美國國家標準技術研究院(NIST）與英國國家物理實驗室(NPL）合作，開展了蛋白質結構圓二色光譜和生命科學中熒光測量分析的國際比對研究，旨在提高蛋白質結構和熒光免疫分析測定的可比性。此外，這兩家實驗室還與德國聯邦物理技術研究院（PTB）合作，即將舉辦多肽和蛋白質含量測定的國際比對，將多肽和蛋白質水解成氨基酸，通過氨基酸含量的測定實現對SI單位的溯源，從而建立起多肽和蛋白質含量測定的溯源體系。
    此外，NIST生物光譜研究組還利用圓二色光譜,X射線衍射等研究了生物催化過程，并利用化學平衡、比色法結合熱力學的計算深人研究了酶催化反應，該研究取得的成果是能夠在一個較寬的溫度、pH和離子強度范圍內預測酶催化反應的平衡位置，這些工作為在較寬的范圍內實現酶活性測定結果的可比奠定了基礎。結構生物學研究組最近開始利用ESI和MALDI質譜鑒定生物系統中表達出來的新的蛋白質，確定不同條件下蛋白質的表達水平，研究體內和體外蛋白質的定量方法；此外，在提高2D凝膠電泳、肽序列分析結果可比性等方面也取得了一定的進展。
    五、國內蛋白質計量研究進展
    在我國，蛋白質計量研究工作主要由中國計量科學研究院承擔，雖然與國外發達國家相比有些滯后，但在我國政府和國家質檢總局的支持下，蛋白質計量研究工作取得了初步進展并呈現出良好的發展態勢。
    目前，中國計量科學研究院為建立完整的蛋白質含量、活性、功能、結構及其鑒定的計量體系，實現蛋白質相關實驗測定結果的可溯源，主要從以下兩個方面開展蛋白質計量工作：一是研究建立氨基酸、多肽、蛋白質的同位素稀釋質譜等方法，并研制相應的標準物質，建立相對完整的多肽和蛋白質含量溯源鏈，實現多肽和蛋白質的含量的測定結果可以最終溯源到SI單位。另一方面的工作是，提高酶活性、免疫分析、蛋白質鑒定、蛋白質功能和1,2,3,4級結構測定等結果的可比性，研究建立蛋白質活性、功能和結構測定結果的溯源體系，并研制相關的計量標準，力爭讓蛋白質計量—這顆生物計量中的璀璨明珠綻放出更加燦爛的光彩。（文：中國計量科學研究院  武利慶  王晶）