在蛋白質功能及結構研究過程中，研究的首要任務就是利用多種方法獲得純化的具有完整結構及生物學功能并能夠正確折疊的高度純化蛋白質。除了蛋白質的研究，具有特定生物活性的高價值蛋白質的生產也需要對蛋白質產品進行純化。因此，科研人員和工業(yè)生產往往大量采用多種多樣的表達系統(tǒng)來獲得高表達的蛋白質，對其純化后進行研究或加工，這些表達系統(tǒng)包括原核表達系統(tǒng)、酵母菌表達系統(tǒng)、昆蟲動物細胞表達系統(tǒng)、真核細胞表達系統(tǒng)等。

如何將系統(tǒng)中表達的目標蛋白質與其他蛋白分離，一直是表達純化中的一個重點。為了克服從復雜樣品中純化單一蛋白質這種困難，科學家利用生物物質，特別是酶和抗體等蛋白質，具有識別某種特定物質并與該物質分子特異性結合的能力，利用生物分子間的這種特異性結合能力而形成的親和純化技術。親和標簽純化技術已廣泛應用于蛋白質，特別是重組蛋白的分離純化中。在重組蛋白的親和純化中，利用基因工程技術，將經過改造優(yōu)化的親和標簽與目標蛋白融合表達，通過一步簡單快速的親和層析，直接獲得純度較高的重組融合蛋白，已成為重組蛋白純化的一個通用方法，具有結合特異性高、純化步驟簡便、純化條件溫和、適用性廣泛等優(yōu)點，為蛋白質的有效純化提供了一條解決的途徑，廣泛應用于蛋白質結構與功能的研究及重組蛋白純化工藝的開發(fā)中。

自從20世紀70年代中期融合標簽技術出現(xiàn)以來， 親和標簽已成為一種重組蛋白純化十分有效的工具，具有結合特異性高、純化條件溫和、純化步驟簡便、適用性廣泛等顯著優(yōu)勢。通常，親和標簽定義為對特定的生物或化學配基具有高度親和力的一段氨基酸序列。到目前為止，已經出現(xiàn)了種類眾多、功能各異、用途多樣的親和標簽，極大地促進了對重組蛋白的有效純化。

根據(jù)自身分子量大小的不同，親和標簽可以分為兩大類：一類是結合固定化配基的短肽標簽，如His-tag、FLAG-tag、Strep-tagⅡ等；另一類是識別小分子配基的蛋白標簽，如GST、MBP等。

短肽標簽：

His-tag：His標簽是目前高通量蛋白純化最普遍使用的親和標簽，廣泛用于多種重組蛋白在各種表達系統(tǒng)的表達與純化中。His標簽一般為5~15個組氨酸，被認為是重組蛋白純化的首選標簽，具有以下優(yōu)點：（1）位于目標蛋白Ｎ端的His標簽與細菌的轉錄翻譯機制相互兼容，利于蛋白的表達；（2）His標簽幾乎不影響目標蛋白的理化性質；（3）His標簽很小，不會改變目標蛋白的可溶性；（4）His標簽在目標蛋白結晶后對蛋白結構幾乎沒有影響；（5）采用固定化金屬離子親和層析純化His標簽融合蛋白時，其操作非常簡便。基于上述優(yōu)點，幾乎所有的大型結構基因組研究中心都把純化His標簽融合蛋白的固定化金屬離子親和層析（immobilized metal-ion affinity chromatography，IMAC）作為主要的蛋白純化方法。

然而，并不是所有的蛋白質都可以與His標簽融合后，采用固定化金屬離子親和層析分離純化。宿主蛋白中含有半胱氨酸及天然發(fā)生的組氨酸豐富區(qū)域，在固定化金屬離子親和層析時可能會導致其他蛋白的非特異性結合；目標蛋白含有金屬離子，一般也不采用His標簽與固定化金屬離子親和層析。

FLAG-tag：除了His標簽外，另一個廣泛使用的小分子短肽標簽是FLAG標簽。FLAG標簽是由8個氨基酸（DYKDDDDK）組成的一個短肽，分子量很小，因而不會遮蓋融合蛋白中其他的蛋白表位與結構域，也不會改變融合蛋白的功能、分泌或運輸。該標簽具有天然的親水特性，很容易定位于融合蛋白的表面，便于利用抗體檢測；同時含有一個腸激酶切割位點（DDDK），可以利用腸激酶切除標簽。FLAG標簽有3個特異性的單克隆抗體，分別為M1單抗、M2單抗、M5單抗。FLAG短肽合成成本較高，不適用于大規(guī)模純化，且需要額外步驟除去結合在層析介質上的短肽。

Strep-tag Ⅱ：與His-tag、FLAG-tag相似，Strep-tag Ⅱ也是一個小分子的短肽標簽，廣泛用于多種目標蛋白在原核表達系統(tǒng)、哺乳動物細胞表達系統(tǒng)等的表達與純化中。在自然界中，鏈霉親和素（streptavidin）與生物素（biotin）之間存在著非常強烈的非共價相互作用，其生物學上的解離常數(shù)極低；即使生物素與其他蛋白質共價結合之后，兩者仍可以相互作用?；谶@兩者之間的強烈相互作用，運用一系列蛋白質工程手段，通過對短肽文庫的篩選，第一個鏈霉親和素結合肽應運而生，即Strep-tag，極大地方便了重組蛋白的一步快速親和純化。然而，Strep-tag與鏈霉親和素結合時需要一個自由的羧基末端，因而該標簽只能位于目標蛋白的C端，限制了它的應用范圍。在Strep-tag的基礎上，通過對合成短肽的篩選，獲得了一個與其相似、由８個氨基酸（WSHPQFEK）組成的鏈霉親和素結合肽，即Strep-tagⅡ，可以位于融合蛋白的任意位置，從而彌補了Strep-tag的不足。同時，通過對鏈霉親和素特定氨基酸的定向突變，獲得了與Strep-tagⅡ具有更高親和力的親和介質Strep-tactin，在Strep-tagⅡ融合蛋白的親和純化中表現(xiàn)出良好的純化效果，且蛋白質產量較高，所需成本適中。Strep-tagⅡ系統(tǒng)的純化條件比較寬泛，在普通緩沖液下就可與strep-Tactin層析介質結合，使用2.5mmol/L的脫硫生物素就可將Strep-tagⅡ融合蛋白洗脫下來，螯合劑、去污劑、還原劑 及高達1mol/L的鹽均可加入到緩沖液中。此外，Strep-tag Ⅱ在純化過程中不依賴金屬離子，十分適合含金屬離子蛋白質的純化。

蛋白標簽：

GST：GST標簽由211個氨基酸組成，大小約為26kDa，是目前廣泛用于重組蛋白融合表達與親和純化的一種蛋白標簽。大量的表達實驗發(fā)現(xiàn)，外源蛋白在大腸桿菌表達系統(tǒng)中過量表達時，常會以包涵體的形式形成不溶性的聚合體，大大降低了可溶性重組蛋白的產量，增加了后續(xù)蛋白分離純化的難度。 然而，在融合GST標簽進行原核表達的過程中發(fā)現(xiàn)，原 本用于親和純化的GST標簽能在一定程度上增大融合蛋白的可溶性，使融合蛋白以可溶形式存在于細胞質中，不僅促進了目標蛋白的正確折疊，提高了蛋白產量，而且有助于后續(xù)的蛋白純化。除了增大融合蛋白的可溶性之外，GST標簽還具有高效的翻譯起始、純化條件溫和、親和樹脂成本相對低廉等顯著優(yōu)點，成為重組蛋白融合表達經常使用的親和標簽。

MBP：MBP標簽由大腸桿菌K12的malE基因編碼的396個氨基酸組成，大小約為40kDa，是除了GST標簽之外又一個很好的增大融合蛋白可溶性的蛋白標簽。MBP標簽能夠增大在原核表達系統(tǒng)中過量表 達的融合蛋白的可溶性，提高其表達量，已在多個表達實驗中得到確認。研究發(fā)現(xiàn)，當改變MBP“開放”與“關閉”構象之間的平衡時，MBP增大融合蛋白可溶性的能力將受到明顯影響，表明 MBP增大融合蛋白可溶性的特性是由其“開放”構象所介導；同時，對MBP配基結合間隙中保守的疏水性氨基酸殘基進行定向突變，MBP表現(xiàn)出相似的表型，表明這個配基結合間隙在MBP增大融合蛋白可溶性的機制中具有一定的作用。

然而，從蛋白純化的角度來看，MBP標簽并不是一個最有效的親和標簽；在某些情況下，MBP標簽并不能特異性地與親和樹脂有效結合，親和層析后融合蛋白的純度也并不合適。

自從上世紀70年代中期親和標簽融合技術出現(xiàn)以來，多種多樣的短肽或蛋白親和標簽極大地方便了外源表達重組蛋白的分離與蛋白質復合體的純化，已成為蛋白質研究領域不可或缺的工具。一般而言，一個完美的親和標簽應該具備以下特性：（1）能夠用于純 化任何表達宿主或表達系統(tǒng)所表達的重組蛋白；（2）可以位于目標蛋白的任意位置而不影響其結構；（3）增大目標蛋白的可溶性，促進其正確折疊，提高蛋白表達量；（4）便于重組蛋白的檢測。目前，商品化的親和標 簽已具備其中諸多特性，但性能更加優(yōu)越、純化效果更加顯著的親和標簽仍需不斷尋找與開發(fā)。