自20世纪30年代以来,癌症的死亡率并未得到显著改善。科学家们希望通过从复杂的生物样本中分离和鉴定出高灵敏度、高特异性的肿瘤标志物,以辅助肿瘤诊断、预后评估、分期、复发监测及药物靶点发现等。
来自加州大学洛杉矶分校的David Wong研究组致力于从人类唾液中寻找口腔鳞状细胞癌(squamous cell carcinoma)及其他癌症的蛋白标志物。然而,他们很快发现唾液淀粉酶的严重干扰是主要障碍。Wong表示:“许多时候,我们无法识别低丰度的蛋白质组分,如信号因子和其他低分子量蛋白。”为了克服这一困境,研究人员尝试了五种不同的抗体技术,但均未成功。经过两年的努力,Wong研究组最终发现了一种消除酶干扰的方法,并将成果发表在方法学杂志《Electrophoresis》上。
该方法的核心是在过滤唾液蛋白的过程中增加一个步骤:在1毫升玻璃注射器中装入1克马铃薯淀粉,注射器顶端安装0.45微米过滤器,将唾液从顶端注入并按压活塞使其通过。这一简单步骤有效去除了唾液淀粉酶的影响。Wong博士说:“这确实很管用。”此前,一组以色列研究人员采用2D电泳方法去除酶干扰,发现了15个之前未知的、分子量接近60 kDa的蛋白。Wong的实验室利用新方法获得了类似效果,“目前的数据,至少是1D电泳数据表明,酶的蛋白条带消失了”。然而,该方法虽然显示酶能结合淀粉,但尚不确定是否有其他物质进入样品,或除酶外其他蛋白也被淀粉保留。
尽管存在疑问,这种简易的奇思妙想对实验研究大有裨益,其严谨性有待更多实验验证。
另一方面,约翰霍普金斯大学的Akhilesh Pandey在进行胰腺癌和乳腺癌早期检测研究时,面临肿瘤标志物候选物过多的问题。Pandey博士难以从众多候选物中筛选出有效标志物。这是一项公益性研究,需要从60个不同潜在标志物中筛选,但判断哪个最有效极具挑战性。Pandey博士与其他科学家合作,研究了超过五万份胰腺癌相关文献,从胰腺癌的蛋白和mRNA清单入手,将数据分类到几种胰腺癌类型中,明确哪些细胞系过量表达特定蛋白或mRNA。随后进行更广泛的文献研究,发现每个分子的组织定位,并分析这些分子是否也存在于慢性胰腺炎患者体内,作为共存因子。最终,研究人员构建了一个类似wiki的网络平台,癌症研究人员可将已发表和未发表的结果录入,帮助分析候选物的有效性。
这是一种小范围替代实验的筛选方法,“这种方法能起作用,是因为有效验证实验需要花费大量时间和金钱,且可能无结果”。
这些研究思路的创新源于多次反复失败和成功经验的累积,正是这些小技巧和实验思路的突破,铺就了实验技术发展的大道,成就了今天的生物技术发展。
总体而言,随着新方法和新技术的发展,蛋白质组学对肿瘤标志物的研究产生了极大兴趣。特别是在人类基因组计划完成后,尽管我们获得了大量遗传信息,但这些信息不能直接翻译为蛋白质——生物体内的功能组成部分。复杂的生物学行为需要在蛋白水平阐明,科学家们正在蛋白质组学这一新领域探索新技术和方法。