翻译后修饰蛋白质组学：检测原理与富集策略解析

蛋白质翻译后修饰（Post-translational modifications, PTMs）是调控细胞功能的核心机制，广泛参与信号转导、细胞周期、代谢重编程等生物过程。系统研究PTMs的变化，对于揭示疾病机制和发现生物标志物具有重要意义。随着质谱技术的快速发展，翻译后修饰蛋白质组学（PTM proteomics）成为生命科学研究的关键工具。本文将聚焦PTM蛋白质组学的检测原理与富集策略，全面解析从样本制备到数据获取的核心流程。

一、什么是翻译后修饰？为何研究PTMs至关重要？

蛋白质翻译后修饰是指在翻译完成后，蛋白质通过酶促反应发生共价修饰，如磷酸化、乙酰化、泛素化、甲基化、糖基化等。一个蛋白可以发生多种修饰，赋予其时空动态的调控能力。PTMs广泛参与疾病发生发展过程。例如：

磷酸化异常与癌症、糖尿病密切相关；

泛素化机制异常是多种神经退行性疾病的关键；

乙酰化/去乙酰化调控与表观遗传机制紧密相连。

不同修饰类型具有特异的酶系统、底物选择性和生物学功能，且常常以组合方式协同调控蛋白活性，构成所谓的“修饰密码”（PTM code）。

二、质谱在PTM检测中的原理与流程

质谱可通过测量肽段的质量差异和碎裂离子的结构特征，实现对PTM肽段的识别、位点定位与定量分析。翻译后修饰蛋白质组学的核心流程包括：

1、样本前处理与酶解

蛋白质样本经裂解、还原、烷基化后，通常采用胰蛋白酶酶解为肽段。翻译后修饰肽段在整体肽库中占比极低，需结合后续富集策略提升检测灵敏度。

2、富集（Enrichment）

针对特定修饰类型（如磷酸化、乙酰化等），需在上机前使用物理化学或免疫学手段对修饰肽段进行选择性富集，避免在复杂背景中被掩盖。

3、LC-MS/MS检测

采用高分辨率质谱（如Orbitrap或timsTOF）对富集后的修饰肽段进行LC-MS/MS分析，获取母离子（MS1）和碎裂离子（MS2）信息。

4、数据分析与位点定位

结合修饰数据库（如UniMod）和分析软件（如MaxQuant、Proteome Discoverer、DIA-NN等）进行修饰位点匹配、位点置信度评分（如PTM Score）和定量分析（Label-free、TMT、DIA等）。

三、主流PTM类型的富集策略解析

1、磷酸化肽段富集

磷酸化是zuì常研究的翻译后修饰蛋白质组学之一，通常发生于Ser、Thr、Tyr残基上。其富集策略包括：

（1）金属离子亲和色谱（IMAC）：使用Fe³⁺、Ga³⁺等固定相选择性捕获磷酸基团；

（2）金属氧化物亲和色谱（MOAC）：如TiO₂、ZrO₂纳米材料，可高效富集磷酸肽；

（3）Sequential Enrichment：结合强阳离子交换、TiO₂等多步骤串联富集，提升深度覆盖。

2、泛素化肽段富集

泛素化修饰在细胞周期、蛋白降解、免疫调控中扮演重要角色，泛素化残基（通常为Lys）在胰酶酶解后残留K-ε-GG（diglycine）结构。

（1）K-ε-GG特异性抗体富集：可高特异识别修饰位点；

（2）MS³分级碎裂策略：增强特异性识别泛素链类型（K48、K63等）。

3、乙酰化与甲基化肽段富集

（1）抗体亲和富集：利用修饰特异抗体（如anti-Acetyl-Lys、anti-Methyl-Arg）进行选择性结合；

（2）HILIC亲水相色谱：可结合部分弱极性修饰的分离；

4、多修饰共富集

对于涉及多种修饰交叉调控的研究（如“磷-乙酰-泛素化”交叉调控），可采用多轮串联富集、串列质谱分析（MSn）与多模数据采集（DIA）方式整合。百泰派克生物科技采用Thermo Orbitrap Exploris和Bruker timsTOF等先进质谱系统，搭配深度优化的DDA与DIA分析流程，实现对复杂修饰组的全面覆盖。

四、质谱检测模式对PTM研究的影响

1、DDA模式：经典修饰组学路径

数据依赖采集（DDA）基于TOP N母离子碎裂策略，已广泛应用于PTM谱图库构建和高精度位点定位中，但对低丰度肽段的识别存在偏差，样本间重现性有限。

2、DIA模式：高重现性PTM组学新趋势

数据非依赖采集（DIA）通过全扫描+分窗碎裂提升检测一致性与灵敏度，尤其适用于临床样本、大规模时间序列或药物干预实验。结合项目级谱图库，可显著提升PTM检测深度和精度。

百泰派克生物科技支持DDA+DIA双平台PTM检测策略，已成功应用于肿瘤免疫、代谢疾病、表观遗传等多个方向。

五、翻译后修饰蛋白质组学数据分析策略与生物学解释框架

1、位点定位置信度评分（如PTM Score、Ascore）：确保修饰位点准确；

2、差异修饰筛选：基于Fold Change、p-value等指标识别条件相关位点；

3、通路富集分析：使用GO/KEGG/PANTHER等数据库识别修饰蛋白功能通路；

4、互作网络构建：结合STRING、Cytoscape等工具构建修饰蛋白互作网络；

5、交叉修饰分析：探索不同修饰类型之间的协同/拮抗调控机制。

六、百泰派克生物科技的PTM组学平台能力

作为深耕蛋白质组学的质谱技术服务平台，百泰派克生物科技在翻译后修饰蛋白质组学方向构建了标准化、系统化的服务流程，具备以下优势：

1、覆盖多种修饰类型：支持磷酸化、乙酰化、泛素化、甲基化等主流修饰；

2、多平台质谱配置：Orbitrap Exploris、timsTOF、TripleTOF等高分辨质谱全覆盖；

3、多样本类型适配：细胞、组织、血浆、FFPE、人源或模式动物均可支持；

4、定制化富集方案设计：根据项目需求选择zuì佳富集试剂与策略组合；

5、zhuānyè生信分析支持：从位点筛选到网络可视化一站式交付，支持SCI论文级成果输出；

6、数据复用能力：可为同一批样本后续拓展多修饰、多组学整合分析奠定数据基础。

翻译后修饰蛋白质组学已从早期的“单点修饰鉴定”阶段，逐步迈向系统化、网络化、多维度解析的新阶段。以质谱技术为核心，结合优化的修饰富集策略和算法支持，PTM研究正在成为揭示生命系统动态调控机制的关键通路。随着DIA-MS技术成熟、AI辅助修饰识别算法普及、修饰通路数据库持续更新，翻译后修饰蛋白组学将更深入地渗透到肿瘤、免疫、自身免疫疾病、神经退行性疾病等多个研究领域。百泰派克生物科技将持续专注于蛋白组学平台建设与服务优化，致力于为广大科研人员提供高质量、可重复、可发表的翻译后修饰蛋白组学解决方案。欢迎联系我们，获取定制化PTM组学服务方案，携手推动生命科学研究迈向更高精度。

百泰派克生物科技特色项目

一、蛋白测序

百泰派克生物科技使用Thermo公司新推出的Obitrap Fusion Lumos质谱仪及岛津公司埃德曼降解测序系统对蛋白质序列进行分析，提供基于质谱的蛋白测序分析服务，包括对蛋白质的氨基酸组成分析，N端测序，C端测序和全序列分析，以及基于埃德曼降解的蛋白质N端序列分析服务。对于未知理论序列的蛋白质，提供基于从头测序法的蛋白质从头测序服务，对蛋白序列进行分析。

※服务优势：

1.采用目前世界上先进的质谱仪器 Obitrap Fusion Lumos;

2.可实现对所测定靶蛋白序列 的覆盖;

3.可测定蛋白N端多达 70个氨基酸序列;

4.可测定多种形式的样品: 蛋白溶液、PVDF 蛋白条带;

5.样品用量低: 蛋白样品仅需 5-10ug，即可完成检测;

6.测序不受N端封闭，PEC和和糖基化等N端修饰的影响。

二、蛋白质组学

百泰派克生物科技采用Thermo Fisher的Orbitrap Fusion Lumos质谱平台结合Nano-LC，提供定量蛋白质组学、靶向蛋白质组学、多肽组学、翻译后修饰蛋白组学等多种蛋白质组学分析服务。百泰派克生物科技新推出基于timsTOF Pro的4D蛋白质组学服务，助力微量样本蛋白组学、大样本群医学及高通量修饰组学等研究工作。

※服务优势：

1 .高通量定量蛋白分析:多对照组大规模实验分析，发现新的生物标记物;

2.体内体外多种蛋白质标记方法，适用于分析组织、细胞、血液等多种样品;

3.质谱分析灵敏度高，实验结果重复度高;

4.可检测较低丰度蛋白，线性范围广;

5.zhuānyè生物信息学分析，分析更系统准确。

三、单细胞质谱流式技术分析

百泰派克生物科技采用Fluidigm质谱流式系统进行单细胞质谱流式技术分析，采用金属元素标记物（通常是金属元素标记的特异抗体）标记细胞表面和内部的分子，用流式细胞原理分离单个细胞，再用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析单个细胞的原子质量谱，zuì后将原子质量谱数据转换为细胞表面和内部的信号分子表达量。

※服务优势：

1.技术先进，填补技术空白

采用金属标记抗体技术，避免了传统流式荧光通道少且易相互影响的问题。可在单细胞层面上对多种指标进行表征，百泰派克生物科技可做到检测51个目标蛋白。

2.分析数量大，成本较低

单细胞RNAseq受成本等因素限制，所有样本细胞汇总的分析数目一般在2x10^4个左右，而流式质谱技术一次（单样本）就可分析至少10^5的细胞，实现了数量级的提高，且成本不高于单细胞RNAseq。

3.应用前景大

①流式质谱结果可以给出细胞亚群的变化，在临床诊断、疾病机制研究等方面具有极大的研究前景；

②将金属标签技术与其他技术结合会有新应用方向。除常规蛋白外，质谱流式细胞技术还可用于蛋白翻译后修饰；

③可检测细胞存活率、细胞大小、mRNA转录子表达量、DNA合成速率以及蛋白酶活性等。

四、基于高精度质谱的免疫多肽组学分析及新抗原发现

百泰派克生物科技的基于高精度质谱的免疫多肽组学分析及新抗原发现一站式解决方案包括我们专有的、高度敏感的免疫肽富集和鉴定方案。我们能够帮助您实现10,000个以上I型多肽和10,000个以上II型多肽的鉴定和识别。通过我们优化的高通量免疫多肽组学分析平台进行免疫肽组学分析，可从zuì小的样品材料中进行可重复的识别和定量。该服务可以应用于大规模的研究，旨在助力科研工作者寻找癌症、免疫疾病及传染病的解决方案，深入挖掘未知的靶标。

五、生物药物表征

百泰派克基于高分辨率质谱技术，MALDI TOF，高效色谱分离技术，提供一系列完善的生物药物分析方案，从蛋白质、多肽、抗体、疫苗等生物制品的氨基酸组成和一级结构分析，到产品变异性和纯度分析。旨在提供优质生物药物分析服务，帮助生物医药生产商提高生物药物品质。

百泰派克生物科技七大检测平台

百泰派克生物科技-生物制品表征，生物质谱多组学优质服务商

北京百泰派克生物科技有限公司致力于为生物/制药和医疗器械行业提供质量控制检测和项目验证等zhuānyè服务。公司实验室遵循NMPA、ICH、FDA和EMA等的法规和指导原则，通过CNAS/ISO9001双重质量体系认证，建立了完备的质量体系，数据冷热/异地备份，设备定期计量/期间核查，软件审计追踪，为客户提供一体化解决方案和技术服务，支持新药研发、药物申报注册和生产放行。

1.公司采用ISO9001质量控制体系，zhuānyè提供以质谱为基础的CRO检测分析服务；

2.获国家CNAS实验室认可，为客户提供符合全球药政法规的药物质量研究服务；

3.业务范围覆盖蛋白质组学、多肽组学、代谢组学、生物药物表征、单细胞分析、单细胞质谱流式、生信云分析以及多组学生物质谱整合分析等；

4.七大质量控制检测平台，满足您一站式服务需求；

5.服务3000+企业，10000+客户的选择；

6.致力于为您提供优质的生物质谱分析服务!

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