蛋白质微阵列已经成为有效分析各种蛋白质相互作用的有效工具。这种方法为细胞功能、疾病机制和药物相互作用提供了宝贵的见解，最终加速了包括肿瘤学和传染病在内的各个领域的科学发现。
我们将探讨蛋白质微阵列技术及其应用对生物医学研究的潜在影响。
了解蛋白质微阵列
蛋白质微阵列技术原理类似于经典的ELISA实验，通过将数千种独特的蛋白质固定在固体表面（如载玻片或微孔板）上以捕获目标物。蛋白质微阵列已被广泛应用于各领域，包括蛋白质-蛋白质相互作用研究、细胞因子检测、蛋白质-DNA相互作用研究，激酶靶标鉴定、抗原和抗体检测以及生物标志物发现。这一技术使得研究人员能够在单一微阵列中进行蛋白质样品的全面分析，同时尽可能的减少试剂消耗和劳动密集型的过程。
蛋白质微阵列技术
创建蛋白质微阵列的过程涉及几个关键步骤，包括蛋白质表达和纯化、将蛋白质定位到阵列表面以及检测蛋白质相互作用。通常，目标蛋白通过DNA重组技术或从生物样品中获得，将它们纯化后，用自动化点样设备打印到微阵列底材上。
蛋白质微阵列载玻片
在制备微阵列时，研究人员应该考虑阵列底材的表面类型。两种常见的表面是环氧硅烷涂层和硝化纤维素涂层的载玻片，每种载玻片都有自己的优点和缺点。
环氧硅烷涂层载玻片
硝化纤维素涂层载玻片
环氧硅烷涂层载玻片具有极小的荧光背景，在荧光检测过程中不用额外扣除背景。当然，这是由底材上每个结合位点可结合的蛋白质含量减少而引起信号强度下降所至。
另一方面，硝化纤维素包被的载玻片具有高的蛋白质结合能力，但它们也表现出显著的背景荧光，不同样品的背景荧光可能不同。
自动化微阵列点样仪
人工微阵列构建具有固有的局限性，如定位不准确、耗时长、再现性差、产量低和难以实现标准化。机器人点样仪可实现精准的重复点样、实验重现性好、通量高和易实现标准化。这些优点显著提升了微阵列的制备效率和质量。Aurora的VERSA微阵列点样仪是一种高科技和高精度的自动化液体处理系统，可用于各种表面的蛋白质微阵列制备，包括环氧硅烷涂层的载玻片、硝化纤维素涂层的载片、膜、微孔板、纸和生物传感器基板。2023年，纽约西奈山伊坎医学院的Krammer等人对一种基于嵌合血凝素（cHA）的疫苗进行了研究1。研究人员使用Aurora的微阵列点样仪在环氧硅烷涂层载玻片上制备了禽流感蛋白质阵列对测量抗体反应的广度进行研究。
蛋白质微阵列检测
蛋白质微针阵列的检测方法可以分为两大类:一类为基于荧光染料标签、表位标签、同位素标签等作为探针标记蛋白分子的标记检测。该方法简单且应用范围广，但是可能会引起被标记蛋白分子表面构像或生物活性发生变化。此外，标记过程耗时费力，这也就限制了可以被标记的分子类型。（研究人员可以使用VERSA微阵列点样仪来简化微阵列的制备过程。）
另一类为基于被测物质固有特性如质量或介电特性的非标记检测。无标记技术避免了标记物分子引起的干扰，并可以实现生物分子之间相互作用的实时分析检测。然而，无标记检测技术也面临着灵敏度和特异性相关的挑战。
蛋白质微阵列类型
图源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672022917300499
蛋白质微阵列有不同的类型，每种类型在蛋白质组学分析中都有其独特的用途。以下是常见的蛋白质微阵列类型：
A.分析型蛋白质微阵列：这类微阵列时最常见的，通常利用抗体作为捕获试剂。他们可采用不同的分析形式，如“分析物标记”或“夹心”形式来检测蛋白质。尽管他们具有高灵敏度和高特异性，但是也带来了某些挑战，如非特异性结合和对特异性抗体的需求。
B.功能型蛋白微阵列：这类蛋白质微阵列由纯化后的蛋白质构建。它们能够研究生物化学特性，如蛋白质-蛋白质相互作用、酶-底物关系和翻译后修饰。它们在基础研究和临床应用中发挥了重要作用，为各种生物体的蛋白质组和翻译后修饰提供支持。
C.反相蛋白质微阵列：这类微阵列能够直接分析在不同状态下获得的样品，例如组织或细胞裂解物。它们具有高灵敏度和高精度，但其应用高度依赖于商业生产的抗体的可用性和特异性。
应用
Sim等人（2012）2开发了一种新的基于微阵列的方法，使用VERSA微阵列点样仪制备了用于检测前列腺特异性抗原的微阵列芯片。Ellebedy等人（2020）3利用VERSA 100微阵列点样仪制备了由流感病毒蛋白制成的微阵列。该微阵列用于检测特异性抗体相互作用，有助于研究对流感病毒蛋白的免疫反应，这对流感感染和疫苗接种的研究很重要。
结语
总之，蛋白质微阵列为研究蛋白质相互作用和功能提供了一种全面的方法，是蛋白质组学研究、临床诊断和药物发现中不可或缺的工具。随着技术的不断进步和VERSA微阵列点样仪等创新，阵列技术不断发展，有望对复杂的生物系统有更深入的了解。随着我们对蛋白质生物学理解的加深，蛋白质微阵列有望推动生物医学科学的发展，最终提高我们应对关键健康挑战的能力。
1、https://www.aurorabiomed.com.cn/spot-printing/ 通过对通用流感病毒候选疫苗的个性化抗原分析揭示跨亚型疫苗的诱导机制客户案例
2、https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/an/c2an15900g
3、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2711-0
