蛋白质定量检测是生命科学研究、临床诊断及生物制药领域的核心技术,其中相对定量与绝对定量因检测目的不同,在样本处理流程和检测方法选择上存在显著差异。本文将系统梳理两种定量方式的样本处理关键步骤,详解常用检测方法的原理与应用场景,为相关研究和实践提供清晰的操作指引与方法选择依据。
蛋白质定量检测的核心概念:相对定量与绝对定量
蛋白质相对定量主要用于比较不同样本中目标蛋白质的表达差异,无需获取蛋白质的具体浓度值,仅需通过参照标准(如内参蛋白、标记物)计算目标蛋白在样本间的相对比值,常见于差异蛋白筛选、药物作用机制研究等场景。
蛋白质绝对定量则需获取目标蛋白质在样本中的准确浓度(如ng/mL、pmol/L),通常依赖已知浓度的标准品建立定量模型,适用于临床诊断标志物定量、药物含量检测、代谢通路关键蛋白浓度分析等场景。
蛋白质检测的样本处理流程(相对定量与绝对定量通用基础步骤)
样本处理是蛋白质定量检测的前提,直接影响检测结果的准确性和重复性,两者通用基础流程包括样本采集、裂解、提取、去杂质四个核心环节,仅在部分细节上存在差异。
1. 样本采集:需根据样本类型(细胞、组织、血液、体液等)选择合适方式,如细胞样本需用胰酶消化后离心收集,组织样本需液氮研磨破碎,血液样本需离心分离血清/血浆;采集后需立即低温(-20℃或-80℃)保存,避免蛋白降解。
2. 样本裂解:目的是破坏样本结构、释放蛋白质,需选择匹配的裂解液(如RIPA裂解液适用于多数组织细胞,尿素裂解液适用于难溶蛋白),并加入蛋白酶抑制剂(如PMSF、蛋白酶抑制剂 cocktail)防止蛋白水解,裂解过程需在冰上进行,减少蛋白变性。
3. 蛋白提取:通过离心(通常12000-15000rpm,4℃,10-20分钟)分离上清液,上清液即为粗蛋白提取液;若样本含较多脂肪或核酸,需额外加入去垢剂(如Triton X-100)或核酸酶(如DNase I)去除杂质。
4. 蛋白定量前处理:相对定量需通过BCA法、Bradford法等测定提取液中总蛋白浓度,确保上样量一致;绝对定量对样本纯度要求更高,需通过免疫沉淀、亲和层析等方法纯化目标蛋白,避免杂蛋白干扰标准品与目标蛋白的反应。
蛋白质相对定量的常用检测方法
蛋白质相对定量方法以“参照对比”为核心,通过标记或内参校准实现样本间差异比较,以下为三种主流方法的原理与操作要点。
1. Western Blotting(免疫印迹法):基于抗原-抗体特异性结合,将蛋白样本通过SDS-PAGE电泳分离后转移至膜上,用特异性一抗结合目标蛋白,再用二抗(偶联荧光或化学发光基团)检测;通过内参蛋白(如GAPDH、β-actin)校准上样量,利用灰度分析软件计算目标蛋白与内参蛋白的灰度比值,实现不同样本间的相对定量。该方法操作简便、成本较低,适用于单一或少量目标蛋白的相对定量。
2. 双向凝胶电泳(2-DE)结合质谱法:先通过等电聚焦(根据蛋白等电点分离)和SDS-PAGE(根据蛋白分子量分离)实现蛋白分离,得到二维凝胶图谱;用图像分析软件比较不同样本凝胶中蛋白斑点的灰度值,差异斑点即为表达变化的蛋白;再通过质谱鉴定差异蛋白,适用于大规模差异蛋白筛选,但重复性较低,对低丰度蛋白检测灵敏度有限。
3. 同位素标记相对定量(iTRAQ/TMT):通过同位素标记试剂(如iTRAQ标记4-8个样本,TMT标记2-16个样本)与蛋白酶解后的肽段结合,标记后的肽段通过液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)检测;根据不同同位素标记的信号强度比值,计算同一肽段在不同样本中的相对含量,进而得到目标蛋白的相对定量结果。该方法通量高、重复性好,可同时对多个样本的上千种蛋白进行相对定量。
蛋白质绝对定量的常用检测方法
蛋白质绝对定量方法以“标准品校准”为核心,需建立目标蛋白浓度与检测信号的线性关系,以下为三种精准度较高的方法。
1. 同位素稀释质谱法(ID-MS):将已知浓度的稳定同位素标记的目标蛋白/肽段(内标)加入样本中,与样本中的天然目标蛋白/肽段共同酶解、分离后,通过LC-MS/MS检测两者的信号强度比值;根据内标浓度和信号比值,计算出样本中天然目标蛋白的绝对浓度。该方法特异性强、准确性高,是蛋白质绝对定量的“金标准”,适用于精准度要求高的场景(如临床诊断标志物定量)。
2. 外标法(标准曲线法):配制一系列已知浓度的目标蛋白标准品,与样本在相同条件下进行检测(如ELISA、Western Blotting);以标准品浓度为横坐标,检测信号值(如吸光度、灰度值)为纵坐标绘制标准曲线;根据样本的检测信号值,在标准曲线上查得目标蛋白的绝对浓度。该方法操作简便,适用于有商业化标准品的单一目标蛋白定量,但易受样本基质干扰。
3. 标准加入法:向样本中加入不同浓度的目标蛋白标准品,配制为“样本+标准品”的系列混合液,在相同条件下检测;以加入的标准品浓度为横坐标,检测信号值为纵坐标绘制曲线,将曲线外推至信号值为零的点,对应的横坐标绝对值即为样本中目标蛋白的原始浓度。该方法可消除样本基质对检测的干扰,适用于基质复杂的样本(如血浆、组织匀浆)中目标蛋白的绝对定量。
相对定量与绝对定量的样本处理及方法选择建议
在实际应用中,需根据研究目标和样本特性选择合适的定量方式及配套流程,以确保检测结果符合需求。
1. 样本处理差异选择:相对定量对样本纯度要求较低,粗提蛋白即可满足多数方法(如Western Blotting、iTRAQ)需求;绝对定量需去除样本基质干扰,若采用ID-MS或标准加入法,需通过免疫纯化、层析等步骤获得高纯度目标蛋白,避免杂蛋白影响标准品信号。
2. 检测方法选择依据:若研究目的是比较不同样本(如正常组与疾病组)的蛋白表达差异,且无需具体浓度,优先选择Western Blotting(少量蛋白)或iTRAQ/TMT(大量蛋白);若需获取蛋白准确浓度(如药物剂量检测、临床标志物诊断),优先选择ID-MS(精准度高)或外标法(成本低、操作简),基质复杂样本建议搭配标准加入法。
3. 结果验证建议:相对定量结果可通过不同内参蛋白(如GAPDH、β-tubulin)交叉验证;绝对定量结果建议用两种不同方法(如ID-MS与ELISA)进行比对,确保浓度值的准确性,减少方法特异性误差。