基于HOF-ATR-FTIR光谱学的乳腺癌的蛋白质二级结构变化及识别研究

摘要

衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱技术可以用来直接测量生物组织的红外光谱。本研究首次采用自制的空心光纤(HOF)-ATR探针耦合FTIR光谱仪实现了健康和癌变乳腺组织原位光谱探测。利用去卷积、二阶导数和曲线拟合方法对所测光谱的酰胺I带(1700-1600 cm-1)进行了分析,获得了乳腺组织中蛋白质各二级结构的含量信息。发现癌变和正常乳腺组织的二级结构组成有明显差异,即癌变乳腺组织中β-折叠、无规卷曲和非典型螺旋的含量要低于正常乳腺组织,α-螺旋和β-转角的含量要高于正常乳腺组织。二级结构含量分析发现,乳腺癌变时胶原蛋白和丝心蛋白在减少,α-角蛋白的合成明显增加,初步揭示了相关癌变机制。进一步分别采用酰胺I带和全光谱建立偏最小二乘判别模型,发现仅用酰胺I带建立的判别模型判别准确性(81.8%)和模型稳定性都明显低于全光谱模型(97.0%)。这表明酰胺I带虽然包含蛋白质二级结构变化的大量信息,但仍不足以代替其它主要生物成分的变化以精确分辨癌变组织。本研究表明,基于HOF-ATR-FTIR光谱技术对乳腺组织中蛋白质二级结构的研究可以在分子水平上深入分析和理解乳腺组织癌变机理,并同时提供一种对组织癌变进行原位检测和精确识别的有效方法。