细胞膜蛋白和细胞分泌的外泌体在生物系统中起着重要的作用。然而,由于自身的疏水性、动态差异以及膜脂的限制,膜蛋白的提取仍然非常具有挑战性,有必要发展新的分离策略,促进膜蛋白的功能研究,特别是在癌症研究方面。外泌体是信号传导的主要参与者,它们与癌症的发生、发展和转移密切相关,可用于癌症的诊断和治疗。定量比较细胞膜蛋白和外泌体蛋白在癌症组和对照组中的变化,将有助于发现癌症诊断生物标志物,探索癌症发生和转移的分子机制。本文的主要研究成果如下。首先,本文发展了基于碳纳米材料的膜蛋白和膜相关蛋白提取富集新方法。具有高比表面积的纳米材料具有疏水-疏水-脂质相互作用的能力,我们发现溶于裂解缓冲液中的石墨烯和氧化石墨烯能够提取细胞膜蛋白,并显著提高富集效率。液相色谱质谱分析表明,石墨烯(50-200 nm)和氧化石墨烯(50-200 nm)比膜蛋白提取试剂盒能富集更多种类的膜蛋白。将石墨烯进一步应用于正常细胞和癌细胞膜蛋白的富集,我们分别鉴定出1079和872种蛋白,其中56.5%和60.5%为膜蛋白。特别是在癌细胞中,有241个蛋白发生显著变化。我们采用qRT-PCR先验证了候选蛋白的基因表达,并对通过验证的4种蛋白进行了免疫印迹分析。实验表明,石墨烯可以显著改善膜蛋白提取效率,有助于下游癌症蛋白质组学研究。其次,本文对血清外泌体进行了分离并用于肝癌的外泌体蛋白组分析。我们从肝癌患者、肝硬化患者、健康对照者的血清以及肝癌细胞(HepG2)和正常肝细胞(LO2)的培养基中分离外泌体。通过尺寸大小分布分析、形态分析和表面生物标志物检验,表征了富集的外泌体。基于质谱的免标记定量蛋白质组学分析显示,分别有61和63个外泌体蛋白在肝硬化患者和肝癌患者的血清中显著变化(P<0.05)。免疫印迹分析进一步验证了肝癌相关蛋白,包括凝血酶敏感蛋白-1(THSB1)、纤维蛋白-1(FBLN1)和纤维蛋白原γ链(FGG),它们可以将健康对照组和肝癌或肝硬化组显著区分开来。实验表明,肝癌相关蛋白质存在于血清外泌体中,并有望用于肝癌和肝硬化的检测。综上所述,我们发展了一种新的膜蛋白分离富集方法,并进行了细胞膜蛋白组学研究,发现了与肺癌相关的关键蛋白。新的膜蛋白提取方法与试剂盒方法相比具有简单、高效、选择性高等优点,有望在生物医学研究中得到广泛应用。此外,我们发现了肝癌相关蛋白存在于血清外泌体中,可作为候选指标用于肝脏疾病的检测和诊断。