一、技术背景

    1994年，Marc Wilkins在Siena双向凝胶电泳(two-dimensional electrophoresis，2-DE)会议上最早提出了蛋白质组(proteome)概念，并于1995年7月的Electrophoresis杂志上发表。随着高通量、高灵敏度、高分辨率生物质谱技术的出现，蛋白质组学技术取得飞速发展，人们不再满足于对一个细胞或组织的蛋白质进行定性研究，而是着眼于蛋白质量的研究，于是蛋白质组学概念就被提出，并得到了广泛的应用。

    蛋白质组学(Proteomics)是蛋白质(protein)与 基因组学(genomics)两个词的组合体，表示“一种基因组所表达的全套蛋白质”，即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。蛋白质组学研究，就是要把一个基因组表达的绝大多数蛋白质或一个复杂的混合体系中绝大多数蛋白质进行精确的定量和鉴定。

    蛋白质组本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识。蛋白质组学是一门以全面的蛋白质性质研究为基础，在蛋白质水平对疾病机理、细胞模式、功能联系等方面进行探索的科学。目前最新的iTRAQ蛋白定量分析技术在此基础上被提出，并被得到广泛应用。

    仅仅知道蛋白质的身份并不足以对蛋白质给出最终定论，因为蛋白质的浓度对于实现其在细胞中的功能来说极其重要，一种特殊蛋白质在浓度上的变化，就能预示细胞的突变过程。因此，科学家能够对蛋白质的相对和绝对浓度进行测量，是很重要的事情。过去，科学家通常先进行二维(2D)凝较电泳，切断条带，再用质谱方法测量条带中的蛋白质。可是，这种方法不是很理想：既不是非常敏感，也不是非常精确。

    新泽西医学及牙科大学的蛋白组学研究中心主任Hong Li说：“当我们开始蛋白组学研究时，就采用2D凝胶技术，但得出的信息量却让大伙很失望，因为许多蛋白质已经改变了自身的代谢过程，如热休克蛋白或者是管家蛋白。”

    蛋白组学中的方法一直在不断提高。基于高度敏感性和精确性的串联质谱方法，不需要凝胶，就可以获得相对和绝对定量的蛋白质结果。iTRAQ和iCAT是这些新进展中的两大主力，但是，新技术也有不尽如人意的地方，需要不断改进。

    iTRAQ技术是由美国应用生物系统公司(Applied Biosystems Incorporation，ABI)2004年开发的同位素标记相对和绝对定量(isobaric tags for relative and absolute quantitation，iTRAQ)技术，是一种新的、功能强大的可同时对四种样品进行绝对和相对定量研究的方法，这种方法是建立在iTRAQ试剂的基础上。

    二、技术原理

    iTRAQ试剂由三部分组成：报告基团、质量平衡基团和肽反应标记试剂基团，形成4种或8种相对分子质量均等量(145或305)的异位标签。

iTRAQ试剂组成图(以4-plex为例)

    iTRAQ试剂用于标记酶解后的肽段。在质谱图中，任何一种iTRAQ试剂标记的不同样本中的同一肽段表现为相同的质荷比。在串联质谱中，报告基团、质量平衡基团和多肽反应基团之间的键断裂，质量平衡基团丢失，带不同同位素标签的同一多肽产生不同的报告离子，根据报告离子的信号强度值可获得样品间相同肽段的定量信息，再经过软件处理得到蛋白质的定量信息。

iTRAQ实验流程示意图

    三、技术特点

    ◆ 分离能力强、分析范围广；

    ◆ 定性分析结果可靠，可同时给出每一个组分的分子量和丰富的结构信息；

    ◆ MS具备高灵敏度、检测限低；

    ◆ 分析时间快，分离效果好；

    ◆ 自动化程度高；

    ◆ iTRAQ技术不仅可发现胞浆蛋白，还有膜蛋白、核蛋白、胞外蛋白。iTRAQ技术可检测出低丰度蛋白、强碱性蛋白、小于10KD或大于200KD的蛋白。

    四、技术应用

    ◆ 非常高的通量， 同时标记8个样品，一次实验实现多达8个样品的蛋白质鉴定和定量；

    ◆ 标记完全，标记效率高达97%以上 可减少样本处理、以及不同组上机造成的实验误差；

    ◆ 可以进行多个时间点蛋白质组动态变化的监测；

    ◆ 可以分析详细分期/型的临床疾病样本，并可设计样本重复，甚至可以进行个体样本的研究；

    ◆ 可以研究细胞周期、细胞信号传导整个过程的蛋白质组动态学；

    ◆ 适用范围广：无物种特异性限制，理论上可用于所有物种。

    五、与以往二维电泳技术的区别

    ◆ 二维电泳所检测的发生表达变化的蛋白都位于细胞浆内，而iTRAQ可检测到蛋白有胞浆蛋白外，还有线粒体蛋白、膜蛋白和核蛋白；

    ◆ 二维电泳观察到的蛋白变化在2倍以上，而用iTRAQ计算出的蛋白变化在1.3-1.6倍之间；

    ◆ iTRAQ技术在鉴定大分子和小分子蛋白方面也有优势；

    ◆ 二维电泳是通过切断条带，再用质谱方法测量条带中的蛋白质，但该方法既不是非常敏感，也不是非常精确，获取的信息量很少。 而itraq技术是基于高度敏感性和精确性的串联质谱方法，不需要凝胶，就可以获得相对和绝对定量的蛋白质结果；

    ◆ iTRAQ可以对任何类型的蛋白质进行鉴定，包括高分子量蛋白质、酸性蛋白质和碱性蛋白质，而二维电泳对这些蛋白质都束手无策。

    由此：iTRAQ技术比二维电泳技术能发现更多数量和种类的蛋白，但在比较胞浆蛋白及蛋白量的变化方面，二维电泳技术有一定长处，对iTRAQ的实验结果有互补作用。