蛋白质组学技术在农业生物科研领域、疾病机理机制研究、药物研究、海洋环境、植物胁迫 机制研究等方面具有广泛应用蛋白组学的研究通常遵循以下思路： 蛋白质组学研究思路图 1 蛋白质组学研究思路一、蛋白质组学在农业生物科研领域的应用 蛋白质组学技术在农业生物科研领域的应用为作物生长发育、病虫害防治、遗传育种、畜牧 兽医学疾病诊断和治疗等方面发挥重要的作用，为现代农业发展开辟新途径1 .蛋白质组学在农作物研究中的应用 农业是我国人口赖以生存的基础，而提高粮食产量和品质则是农业发展的关键蛋白质组学 关键技术在作物遗传育种、品系鉴定、品质改良、逆境胁迫应答等关键环节的应用，为农业 作物的进一步开发利用提供巨大的参考价值蛋白质组学可系统研究农作物在特定环境或某 个发育阶段的组织和器官中蛋白质的表达变化，有助于作物发育过程机制的理解Jia等人利用SWATH等技术对四种玉米组织中的蛋白质进行定量分析：包括未成熟雌穗，未 成熟雄穗，授粉后20 天的幼胚和14 日龄幼苗的根在玉米的4 种组织中总共鉴定到4551 个蛋白质，其中在雌穗，雄穗，幼胚和幼根中分别鉴定到3916、3707、3702和 2871种蛋 白质。
利用生物信息学技术将蛋白质组和转录组进行关联分析，并且进一步分析组织特异性 高表达的基因和蛋白，以了解玉米组织结构和器官发生的调节机制，为研究玉米发育生物学 研究提供了新的线索相关成果2017年发表在Journal of Proteome Research上图 2 实验流程图文献来源： Jia HT, Sun W, Li MF, et al. An integrated analysis of protein abundance, transcript level and tissue diversity to reveal developmental regulation of maize [J]. J. Proteome Res, December 18, 2017.2.蛋白质组学在食品科学中的应用 在食品安全研究中，蛋白组学的出现为食品科学的研究指明了方向，同时也为食品科学的研 究奠定了良好的发展平台蛋白质组学在粮油食品、肉类食品、水产食品、乳品食品等方面 的应用，不仅可以提高食品安全，并且在改善食品制作以及储存条件的同时，还可以提高食 品的口感以及营养程度在热处理过程中，肉类的主要成分蛋白质会发生结构性变形，如氧化、降解、变性和聚集。
蛋白质的这些变化对最终肉制品的质量、颜色、嫩度和风味有重要影响，并最终影响适口性 和可接受性Tian等人利用2-DE等技术手段研究了在加热中心温度为72°C时用不同的烹饪 方法，例如水浴烹饪-WB、短时欧姆烹饪-STOH和长时间欧姆烹饪-LTOH,对牛肉的颜色、烹 饪损失、剪切值和蛋白质组变化的影响蛋白质组学分析表明，欧姆烹饪的烹饪损失、剪切 值显著低于水浴烹饪（P<0.05）利用2-DE蛋白组学技术成功鉴定到STOH和WB烹饪样品 之间的17个差异蛋白质，并鉴定出LTOH和WB样品之间的13个差异蛋白质大多数差异 蛋白是肌原纤维和肌浆蛋白，可能与肉质的变化相关WB烹饪可改变蛋白质溶解度并降低 2-DE 图像中的蛋白质斑点强度应用欧姆烹饪会产生更高质量的牛肉产品，并减少烹饪时 间相关成果 2016 年发表在 Innovative Food Science & Emerging Technologies上图 3 实验流程图文献来源：Tian X, Wu W, Yu Q, et al. Quality and proteome changes of beef M.longissimus dorsi, cooked using a water bath and ohmic heating process[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2016, 34:259-266.3.蛋白质组学在畜牧兽医领域的应用 蛋白质组学在畜牧兽医学研究领域应用主要集中在病原致病或耐药机制靶蛋白的筛选、疫苗 候选抗原及药物靶标蛋白的筛选、动物遗传育种、品系鉴定、品质改良等方面。
Wang等人基于iTRAQ的LC-MS / MS技术，比较了刚地弓形虫的速殖子(T)、缓殖子抱囊(C) 和抱子化卵囊(O)三个不同发育阶段的蛋白质丰度共鉴定到6285种蛋白质，其中在抱 子化卵囊与速殖子，速殖子与缓殖子孢囊以及缓殖子孢囊与孢子化卵囊中分别鉴定到 875、 656和538个差异蛋白对差异蛋白进行进一步的GO、KEGG和String分析，发现一些毒力 相关因子和核糖体蛋白在整个生命周期的不同阶段表现出不同的表达模式这些发现对于了 解弓形虫的发育生物学具有重要意义，有助于发现新的治疗靶点以更好地控制弓形虫病相 关成果于 2017 年发表在 Frontiers in microbiology上图 4 实验流程图文献来源： Wang Z X, Zhou C X, Elsheikha H M, et al. Proteomic Differences between Developmental Stages of Toxoplasma gondii Revealed by iTRAQ-Based Quantitative Proteomics[J].Frontiers in Microbiology, 2017, 8:985.Qin等人以猪为模型，利用iTRAQ技术研究猪膳食中蛋白质含量的限制(PL)对小肠黏膜蛋 白质组学的改变。
共鉴定并定量到5275种蛋白质，筛选出了202个差异蛋白利用生物信 息学技术对差异蛋白进行进一步分析并利用WB进行验证，发现PL可以增强空肠黏膜对外 来抗原的免疫应答，另外PL可以通过抑制mTOR途径减少氨基酸转运和细胞增殖研究揭 示了 PL如何影响肠道生理功能,特别是氨基酸的运输，肠粘膜结构和微环境以及肠道免疫 其中，mTOR信号通路可能在通过感知氨基酸的供给中，在调节肠道生理功能方面起着核心 作用相关成果2016年发表在Scientific Reports上图 5 实验流程图文献来源：Qin C, Qiu K, Sun W, et al. A proteomic adaptation of small intestinal mucosa in response to dietary protein limitation[J]. Scientific Reports, 2016, 6:36888.二、蛋白质组学在疾病机理机制研究中的应用利用非标记定量蛋白质组学技术如：Label-free、SWATH及标记定量蛋白质组学技术iTRAQ、 SILAC等蛋白质方法技术手段,可实现对不同样品中的大量蛋白进行大规模的相对定量研究, 为实现疾病相关机制的研究提供思路和见解。
其图解流程如下：图 6 蛋白质组学在疾病相关机制研究中的图解流程1. 鉴定疾病生物标志物生物标志物（biomarker）是一种能客观测量并评价正常生物过程、病理过程或对药物干预反应 的指示物，也是生物体受到损害时的重要预警指标，涉及细胞分子结构和功能的变化，生化 代谢过程的变化，生理活动的异常表现，个体、群体或整个生态系统的异常变化等生物标 志物的研究在新药开发、医学诊断、临床研究方面具有重要的价值，有助于提出更有效的诊 疗手段，尤其在肿瘤、心血管疾病、糖尿病、神经性失调等慢性疾病与复杂疾病的防控上具 有重要的价值肝细胞癌（HCC）是最常见的恶性肿瘤之一，发病率位居全球第六，全球死亡率位居第三 高频率的早期转移意味着 HCC 在确诊时通常处于晚期，降低了患者获得及时治愈的可能 因此，通过诸如血清生物标志物的检测来诊断早期HCC是非常重要的2017年，一篇报道 在Oncotarget上的文章，利用iTRAQ蛋白质组学技术手段筛选出乙肝（HBV, n=10）组、肝 硬化（LC, n=10）组、肝细胞癌（HCC，n=10）组和健康对照（HC，n=10）组之间的差异表 达蛋白，并且对潜在的肝细胞癌标志物进行K均值聚类分析，GO和串联网络分析。
最终选 取3个肝癌标志物（CD14、GELS和QSOX1）进行WB验证综合分析后锁定CD14分子进 行ELISA实验确证，发现其具有作为早期肝癌诊断标志物的潜能图 7 实验流程图文献来源：J Guo, R Jing, et al. Identification of CD14 as a potential biomarker of hepatocellular carcinoma using iTRAQ quantitative proteomics. Oncotarget, 2017, 28;8(37): 62011-62028.由动脉粥样硬化引起的心血管疾病(CVD)是引起全球人类死亡的主要原因目前用于冠心 病(CAD)诊断和监测的成像方式和血清学指标主要集中在晚期症状阶段，常发生在不可逆 性心肌损伤后，限制了疾病的及时治疗为解决早期诊断 CAD 并及时给与干预和预防的问 题，Cheow等人利用iTRAQ技术手段对心绞痛组(NMI, n= 20)、急性心肌梗塞组(Ml, n=15) 和健康对照组(Ctrl,n=14)血浆蛋白进行鉴定和定量，获得371个高置信度的蛋白(FDR <1%, p <0.05),其中包括53个初步筛选的生物标志物。
接下来利用MRM技术对初步筛选的生物 标志物进行验证，最终筛选得到8个潜在冠心病新型候选生物标志物相关成果2017发表 在 Journal of Proteome Research 上图 8 实验流程图文献来源：Cheow E S H, Cheng W C, Yap T, et al. Myocardial injury is distinguished from stable angina by a set of candidate plasma biomarkers identified using iTRAQ/MRM-based approach[J]. Journal of Proteome Research, 2017.2. 蛋白质组学技术在癌症研究中的应用 癌症是世界上最严重的公共健康问题之一人们已经做了诸多努力来治疗癌症，包括化疗 光动力疗法和光热疗法等直接疗法然而，这些疗法都面临一个共同问题，那就是对癌细胞 杀伤力有限，并且对正常细胞具有细胞毒性这一矛盾阻碍了这些疗法在癌症治疗中的有效 使用一氧化碳(CO)是一种内源性气体分子，其对细胞凋亡有广泛的影响CO的直接使用 能对癌细胞产生细胞凋亡作用，同时减少对正常细胞的毒性。
2017年一篇报道在Advanced Materials上的文章利用iTRAQ等技术分析了一种能够将内源性CO2转化为CO的新型光催化 纳米材料HisAgCCN,并对其良好的生物相容性和抗癌化疗效果进行了阐述HisAgCCN处理 PC-3细胞(人前列腺癌细胞)前后的样品，共鉴定到4052种蛋白质，其中有146个差异表 达的蛋白利用生物信息学技术对差异蛋白进行进一步的GO、KEGG和String分析，并对一一 些差异表达蛋白进行进一步的表达验证和功能研究，证实了新型纳米材料HisAgCCN可以增 强线粒体的生物合成，特异性地增强癌细胞的氧化应激反应体内研究表明HisAgCCN / DOX 联合治疗具有协同抑瘤作用，可为临床癌症治疗提供新的方向图 9 实验流程图文献来源：Zheng D W, Li B, Li C X, et al. Photocatalyzing C02 to CO for En。