蛋白质组学研究在生物学领域发挥着越来越重要的作用。质谱(MS)结合多种分离方法的使用是蛋白质组学的主要方法。使用质谱鉴定和表征蛋白质的两种主要方法是“自下而上”(bottom-up)和“自上而下”(top-down)，前者通过蛋白水解来分析肽段，后者分析完整的蛋白质。
什么是自下而上的蛋白质组学?
自底向上的蛋白质组学涉及到在质谱分析之前蛋白质的水解消化。术语自下而上意味着有关组成蛋白质的信息是由单独鉴定的片段肽重建的。
对于自底向上的蛋白质组学流程图，采用凝胶法，通过二维电泳分离蛋白质混合物。在斑点可视化后，从凝胶中提取蛋白质，消化，并进行质谱分析，通过数据库搜索进一步鉴定。采用无凝胶法，将蛋白质混合物直接消化为多肽混合物，通过多维分离方法分离。然后用质谱分析肽。利用数据库搜索从生成的质谱中鉴定蛋白质。
图1所示。自底向上的蛋白质组学流程图(Fournier M. L.， 2007)
自底向上蛋白质组学是蛋白质鉴定和表征方面最成熟、应用最广泛的方法。它不需要复杂的仪器和专业知识。它有能力实现高分辨率的分离。自下而上的蛋白质组学有几个局限性。蛋白质序列的覆盖率很低，因为蛋白质的总肽群中只有一小部分和可变部分可以被回收。基因组研究表明，由于可变的剪接产物以及翻译后修饰(PTM)的位置和类型的差异，每个开放阅读框都可以产生几种蛋白质异构体。在自下而上的蛋白质组学中，有限的序列覆盖意味着大量关于PTMs和可变剪接变体的信息丢失。
什么是自上而下的蛋白质组学?
自上而下的蛋白质组学可以从复杂的生物系统中描述完整的蛋白质。这种方法通常允许接近100%的序列覆盖和蛋白质形态的全部特征，蛋白质形态是由遗传变异、可变剪接和翻译后修饰组合而成的特定分子形式。串联质谱的裂解是通过电子俘获解离(ECD)或电子转移解离(ETD)完成的。蛋白质通常被电喷雾电离并在傅立叶变换离子回旋共振或四极离子阱质谱仪中捕获。
图2。自底向上的蛋白质组学流程图(Lindon J. C.， 2016)
它包括在复杂的混合物中识别蛋白质，而不事先消化成相应的肽种类。自上而下的蛋白质组学原理流程包括蛋白质分离、质谱检测和数据分析。自上而下的策略的主要优点是可能获得完整的蛋白质序列和定位和表征PTMs的能力。它还具有测定蛋白质异构体的能力。此外，还消除了自下而上方法所需要的耗时的蛋白质消化。虽然有一些缺点。在全球范围内，高成本对自上而下蛋白质组学的实施起着至关重要的作用。所青睐的仪器购买和操作都很昂贵。而常用的解离技术(ECT、ETD)效率较低，需要较长的离子积累、激活和检测时间。由于缺乏与串联质谱结合的完整的蛋白质分离方法，该方法尚未大规模实现
自下而上和自上而下蛋白质组学的比较
图3。自下而上蛋白质组学与自上而下蛋白质组学的比较(Catherman a.d, 2014)
这种自下而上的方法提供了一种间接测量蛋白质的方法，通过蛋白质水解消化得到的多肽。完整的蛋白质在进入质谱仪之前被消化成多肽，然后被检测和片段。相反，自上而下的方法测量完整的蛋白质。该蛋白从细胞或组织裂解物中提取，通过凝胶或LC分离，并直接通过MS进行分析，以获得所有蛋白形式的完整视图，包括那些带有PTMs和序列变异的。这两种方法都有各自的优点和局限性。您应该根据自己的需要选择合适的方法
参考文献：
- 王志强，王志强，王志强，等。基于多维分离的散弹蛋白质组学。化学学报，2007,38(4):591 - 598。
- 王志强，王志强，王志强。光谱学与光谱分析。学术出版社,2016年。
- 卡瑟曼A D，斯金纳O S，凯莱赫N L。自顶向下蛋白质组学:事实与展望。中国生物医学工程学报，2014,30(4):593 - 598。