随着“人类基因组计划”的完成和推进,生命科学研究已进入到系统生物学时代。蛋白质组学作为一门迅速崛起的系统生物学分支,通过研究机体在不同生理病理状态下动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态,了解蛋白质与蛋白质之间的相互作用,来揭示蛋白质的功能与细胞的活动规律,在癌症研究领域展现出巨大的发展潜力。蛋白质芯片技术作为蛋白质组学研究的新兴研究手段,以其高通量、并行、快速分析的优势在系统生物学研究中发挥着越来越重要的作用,必定能为癌症的诊断和治疗研究提供很好的技术支持,使人们能够较为系统地研究在癌症诊断和治疗过程中蛋白质的组成、变化规律。在本论文的研究中,我们利用蛋白质芯片技术,围绕胃癌诊断和治疗相关的生物学问题,开展了寻找胃癌新型血清生物标志物和药物治疗靶点的研究。本论文首先将人蛋白质组芯片技术运用到胃癌血清样品的蛋白组学研究中,成功筛选出胃癌早期诊断和预后的血清生物标志物。通过对三组血清样本(胃癌组、高危人群组和健康对照组)的样品处理、芯片反应和数据分析,在不同血清样本组间筛选出在三种抗体亚型(Ig G、IgM、Ig A)中存在显著差异表达的自身抗体。通过更大规模的血清样本在芯片上的验证表明,我们筛选出44个在胃癌患者血清和健康人血清中显著差异表达的自身抗体,其中4个在胃癌患者血清中的表达量显著上调。我们对经统计处理后排名最前的2个自身抗体,cops2和ctsf,采用免疫酶联反应和免疫组化在血清水平和癌组织水平进行了详尽的后期验证工作。结果显示,自身抗体cops2和ctsf在胃癌患者的血清中和蛋白质cops2和ctsf在癌组织中的表达量跟正常对照组比较具有显著差异。受试者工作特征曲线(roc)分析结果显示,cops2和ctsf与目前临床上使用的辅助胃癌诊断的生物标志物cea的roc曲线下面积分别为0.92、0.96和0.54,说明cops2和ctsf用于胃癌诊断的准确性明显优于cea;此外,cops2和ctsf同样也能用于胃癌患者预后的判断。上述结果均说明,cops2和ctsf是非常有潜力的胃癌早期诊断和预后判断的血清标志物。接着,本论文将人蛋白质组芯片技术引入到as2o3的药物作用靶点探寻的研究中。as2o3治疗急性早幼粒细胞白血病的疗效和机理十分明确,但是对实体肿瘤的杀伤作用机制不是很清楚。我们在前期的研究中也发现as2o3能有效导致胃癌细胞凋亡,而诱导肿瘤细胞凋亡是药物治疗肿瘤最有效的方式。基于此,我们利用人蛋白质组芯片从系统水平进行as2o3直接相互作用蛋白质的全局性发现,筛选出与as2o3直接相互作用的一些关键蛋白质,期望从中能找到as2o3诱导胃癌细胞凋亡的具体作用机制。我们对筛选到的蛋白质进行了体外、体内及功能方面的验证。并通过生物学功能分析,发现在这些差异表达的蛋白质中,酶活性调节功能被显著富集,主要集中在糖酵解途径。我们进一步验证了糖酵解途径的重要限速酶己糖激酶ii在其中所发挥的作用。我们在选用人源胃癌细胞株sgc-7901基础上,对细胞株进行己糖激酶ii过表达的改造,结果表明过表达的己糖激酶ii能显著抑制as2o3对于胃癌细胞的杀伤作用,揭示了己糖激酶ii可以作为as2o3治疗胃癌过程中重要的药物作用靶点。最后,我们应用超高液相色谱/串联质谱(uplc/ms/ms)和气相色谱质谱联用(GC/MS)平台,对As2O3导致胃癌细胞凋亡的作用机制进行代谢组学方面的研究。我们通过对经过As2O3处理6h、12h和24h的胃癌细胞株SGC-7901进行代谢产物的动态检测分析,发现一部分代谢产物的变化集中在糖酵解途径。其中6-磷酸葡萄糖、3-磷酸甘油醛、磷酸烯醇式丙酮酸以及乳酸的含量均明显下降。除此之外,我们还检测到As2O3可以影响线粒体的功能、炎症和氧化应激反应以及抑制多胺的代谢等。代谢组学从系统层次对As2O3影响胃癌细胞的整体通路做了详细的检测和分析,得到的数据不仅仅与蛋白质组学的数据相吻合,还找到了数个As2O3可能发挥作用的药物作用靶点。由此可见,抑制糖酵解途径可较有效地抑制胃癌细胞的增殖,同时As2O3可同时影响多个代谢通路的变化,可以从多方向多角度对胃癌的治疗进行干预。综上所述,本课题应用蛋白质芯片技术对胃癌的诊断和治疗进行研究。旨在从系统的角度出发,尝试筛选与胃癌诊断密切相关的血清候选标志物,以及治疗胃癌的药物作用靶点,为胃癌的临床诊断、预后监测、以及靶向药物设计提供了思路。另外,本研究发展了一套寻找疾病血清生物标志物和药物作用靶点的研究方法,为解决蛋白质组学在肿瘤标志物和药物作用靶点探寻研究中的技术难点提供了新的方法。