蛋白质计量发展现状和趋势

蛋白质计量发展现状和趋势

    近年来，生命科学以前所未有的速度在全球范围内蓬勃发展，生物计量已作为一个崭新的计量领域被提到日程上来。生物计量在实现生物测量量值溯源与传递，保证生物测量结果准确、有效和可比中发挥出越来越重要的作用。
    一、蛋白质计量的内涵
    蛋白质是由氨基酸分子缩合而成的高聚物。蛋白质计量是生物计量的一个重要分支，是研究蛋白质测量的科学。国际物质量咨询委员会(CCQM）生物分析工作组（BAWG）目前确定的蛋白质计量工作主要包括蛋白质定量，蛋白质鉴定，多肽和蛋白质的氨基酸序列分析，蛋白质大小、功能、活性以及蛋白质的1,2,3,4级结构分析等测量活动。
    蛋白质相关测量既包括检测对象是蛋白质测量活动，也包括基于蛋白质技术的一切测量活动。蛋白质计量的主要任务是为蛋白质含量测定、活性分析、功能测定、序列以及高级结构测定等建立计量标准和溯源途径，保证蛋白质相关测定结果能够溯源到SI国际单位、国际定义、基准或标准物质上，从而实现蛋白质相关测量结果的准确、有效和可比。
    二、蛋白质计量的重要性和迫切性
    随着人类基因组序列图的最终完成，生命科学研究进人了蛋白质组学的时代。在这个时代里，蛋白质相关测量在医学临床检验、司法鉴定、检验检疫、生物安全、食品安全、生命科学基础研究等领域以及生物产业化过程中的应用越来越广泛，蛋白质计量在生物技术发展进程中正逐渐显现出其重要性和社会对它的迫切需求。
   1.发展蛋白质计量是保障大众健康的前提
   不仅激素、生物标志物等多肽和蛋白质本身是临床化验和疾病诊断的重要指标，其他许多重要临床生化指标也是通过蛋白质相关技术，如免疫法等测定的。然而由于缺乏相应的计量标准，至今我国没有一家医院的全部化验结果能在其他各医院通用，检验数据缺乏可比性，不仅降低了疾病诊断的可靠性，而且增加了病人重复化验的成本。
   2.蛋白质计量是国家检验检疫体系的重要支柱
   外来生物、植物病原、真菌等的检测是我国出人境检验检疫的重要组成部分，普遍采用了免疫分析技术；然而由于缺乏相应的计量标准，检测数据难以溯源，因此就很难保证检测结果的准确、有效，给国家出人境检验检疫和生物安全监控带来不利的影响。
   3.蛋白质计量对于保持我国贸易优势地位意义重大
   蛋白质医药市场在过去的5年中已经从2001年的250亿美元上涨到2005年的510亿美元，增长了1倍多；单克隆抗体、蛋白质芯片等技术已成为生物产业新的增长点，蛋白质产品在国际贸易中的比重也越来越大。蛋白质的含量、活性等测定已经成为蛋白质产品质量评价和贸易结算的重要依据。然而，由于没有建立相应的蛋白质含量和活性测定的计量标准和溯源体系，造成贸易双方对蛋白质产品的质量评价结果不一、贸易纠纷不断。
   三、我国在蛋白质计量方面存在的主要问题
   1．计量概念模糊，蛋白质标准物质、标准品、对照品、试剂等混用
   国际和国内对标准物质都有严格的定义，这些标准物质往往作为蛋白质测定结果的溯源依据。标准物质的定值方法经过严格的计量学考察，使用标准物质作为蛋白质测定结果的溯源依据具有计量学的保证，能够保证蛋白质测定结果的准确、有效和可比。但是标准品、对照品、试剂等没有经过标准物质所要求的考察，其量值不能够溯源到相应的标准物质或SI单位上，因此不能完全保证其计量学特性。国内能力验证已多次发现标准物质使用不当而造成的结果离群，虽然蛋白质测量还未组织过能力验证，但类似的问题已存在，加强蛋白质计量概念的宣传尤为必要和迫切。
    2.目前绝大部分蛋白质相关实验刻定结果没有溯源性
    首先，虽然待测量值已经定义了国际单位，溯源关系清晰，但是缺乏包括标准物质在内的计量标准，或者由于计量观念的缺乏而未能有效地使用相应的计量标准，使蛋白质相关测定结果不能溯源到上一级计量标准上去。其次，对于蛋白质活性、功能、结构的测定，国际单位制中没有相应的定义，或者尚未形成公认的国际定义、标准等，这些测定结果的计量仅在某些领域作了初步的尝试，还没有被其他领域广泛认可，造成蛋白质活性、功能、结构测定的结果不能溯源到更高一级的计量标准上。此外，溯源体系不完整、多源头溯源或者测定结果不能最终溯源到SI单位也都导致测定结果溯源性的缺乏。测定结果溯源性的缺乏使得准确度难以保证，结果难以比较，从而引发重复化验、贸易纠纷等一系列问题，而且随着蛋白质测量应用面的逐渐扩大，缺乏溯源性带来的负面影响越来越突出。因此，加强蛋白质标准物质的研制和加快蛋白质活性、功能、结构等计量体系的建立迫在眉睫。
    不同领域的蛋白质测量活动推动了蛋白质计量的产生和发展。目前，蛋白质计量标准和溯源体系的缺失已成为制约临床检验和疾病诊断、检验检疫、生物医药等诸多领域蛋白质含量、活性、结构测定量值准确、有效和可溯源的主要原因之一，蛋白质计量工作的开展势在必行。
    四、国外蛋白质计量研究进展
    西方发达国家从20世纪末正式开始蛋白质计量的研究，现已取得了初步成果。蛋白质计量工作主要集中在两个方面：一是对于溯源途径清晰的蛋白质含量的测量活动，如多肽、蛋白质含量、蛋白质翻译后修饰的测量，建立相应的溯源体系和计量标准，使得多肽和蛋白质含量测定能够直接溯源到SI单位；二是对于蛋白质活性、功能、结构等溯源途径尚未明确或存在争议的蛋白质测量活动，重点在于提高测量结果的可比性。
    英国生物测量（MfB）计划从2001年开始启动了一系列为提高蛋白质测量结果可比性而进行的研究，其中包括蛋白质定量,ELISA定量和蛋白微阵列可比性、蛋白质翻译后修饰鉴定的可比性等研究工作，并计划在2004年~2007年开展蛋白质高级结构和蛋白质相互作用可比性测量的研究。英国生物测量计划的投人高达1400万英镑，从而保证了蛋白质计量研究所需的巨额经费，增强了英国企业的竞争能力，有效提高了蛋白质相关测量的重复性和可比性。澳大利亚政府实验室（AGAL)也开展了类似的研究。
    美国国家标准技术研究院(NIST）与英国国家物理实验室(NPL）合作，开展了蛋白质结构圆二色光谱和生命科学中荧光测量分析的国际比对研究，旨在提高蛋白质结构和荧光免疫分析测定的可比性。此外，这两家实验室还与德国联邦物理技术研究院（PTB）合作，即将举办多肽和蛋白质含量测定的国际比对，将多肽和蛋白质水解成氨基酸，通过氨基酸含量的测定实现对SI单位的溯源，从而建立起多肽和蛋白质含量测定的溯源体系。
    此外，NIST生物光谱研究组还利用圆二色光谱,X射线衍射等研究了生物催化过程，并利用化学平衡、比色法结合热力学的计算深人研究了酶催化反应，该研究取得的成果是能够在一个较宽的温度、pH和离子强度范围内预测酶催化反应的平衡位置，这些工作为在较宽的范围内实现酶活性测定结果的可比奠定了基础。结构生物学研究组最近开始利用ESI和MALDI质谱鉴定生物系统中表达出来的新的蛋白质，确定不同条件下蛋白质的表达水平，研究体内和体外蛋白质的定量方法；此外，在提高2D凝胶电泳、肽序列分析结果可比性等方面也取得了一定的进展。
    五、国内蛋白质计量研究进展
    在我国，蛋白质计量研究工作主要由中国计量科学研究院承担，虽然与国外发达国家相比有些滞后，但在我国政府和国家质检总局的支持下，蛋白质计量研究工作取得了初步进展并呈现出良好的发展态势。
    目前，中国计量科学研究院为建立完整的蛋白质含量、活性、功能、结构及其鉴定的计量体系，实现蛋白质相关实验测定结果的可溯源，主要从以下两个方面开展蛋白质计量工作：一是研究建立氨基酸、多肽、蛋白质的同位素稀释质谱等方法，并研制相应的标准物质，建立相对完整的多肽和蛋白质含量溯源链，实现多肽和蛋白质的含量的测定结果可以最终溯源到SI单位。另一方面的工作是，提高酶活性、免疫分析、蛋白质鉴定、蛋白质功能和1,2,3,4级结构测定等结果的可比性，研究建立蛋白质活性、功能和结构测定结果的溯源体系，并研制相关的计量标准，力争让蛋白质计量—这颗生物计量中的璀璨明珠绽放出更加灿烂的光彩。（文：中国计量科学研究院  武利庆  王晶）