蛋白質(zhì)組學(xué)在高脂血疾病診斷中的研究進(jìn)展

王瑜 劉娟娟曹朝霞 劉筱 高愷 車團(tuán)結(jié)＊

1蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，蘭州 730050；2甘肅省功能基因組與分子診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730030

隨著人類基因組計(jì)劃的完成，生命科學(xué)研究已步入后基因組時(shí)代，其主要研究對(duì)象已轉(zhuǎn)變?yōu)榛蚪M學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、營(yíng)養(yǎng)組學(xué)、代謝組學(xué)等“組學(xué)”的研究[1]。蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）即以蛋白質(zhì)組為研究對(duì)象的研究領(lǐng)域，通過(guò)研究不同生長(zhǎng)狀態(tài)或病理情況下蛋白質(zhì)的差異表達(dá)，進(jìn)而去揭示細(xì)胞生理和病理狀態(tài)的進(jìn)程與本質(zhì)、對(duì)外界環(huán)境刺激的反應(yīng)及細(xì)胞調(diào)控機(jī)制，同時(shí)獲得對(duì)某些關(guān)鍵蛋白的定性和功能分析，因此，差異蛋白質(zhì)組學(xué)的研究更加有針對(duì)性而且可實(shí)現(xiàn)性也更高，從而得到了國(guó)內(nèi)外眾多研究者日益增多的關(guān)注[2-3]。雙向電泳(Two-dimensional electrophoresis , 2-DE)是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的核心技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究的各個(gè)方面[4]。

近年來(lái)，蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用，將基因分析和病理分析串聯(lián)起來(lái)，對(duì)疾病的準(zhǔn)確診斷以及防治提供了很多依據(jù)。高脂血是臨床上常見(jiàn)疾病之一，并且在其發(fā)病的同時(shí)還伴隨著很多并發(fā)癥。目前對(duì)高脂血癥的診斷還是采用傳統(tǒng)的診斷方法。為了能夠?qū)Ω咧Y進(jìn)行早發(fā)現(xiàn)，早診斷，早治療。本文就蛋白質(zhì)組學(xué)在高脂血領(lǐng)域研究中所取得的一些進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)尋找高脂血癥的分子標(biāo)志物。

1. 蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用

蛋白質(zhì)組學(xué)是通過(guò)分析蛋白質(zhì)的手段研究對(duì)生命物質(zhì)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)水平進(jìn)行定量的測(cè)定。近年來(lái)，蛋白質(zhì)組學(xué)在多種疾病機(jī)理的研究中起到主要的作用，為疾病的病因和治療提供理論依據(jù)和治療手段[5]。研究蛋白質(zhì)組的三大核心技術(shù)即雙向電泳、質(zhì)譜技術(shù)以及計(jì)算機(jī)圖像分析與大規(guī)模數(shù)據(jù)處理技術(shù)。雙向電泳技術(shù)由O'Farrell等人1975年建立，是蛋白組學(xué)研究中的核心技術(shù)之一 [6]。

從蛋白質(zhì)的水平來(lái)看，疾病的早期其蛋白就已經(jīng)發(fā)生了變化，或者可以說(shuō)是許多疾病的而致病原因是某些蛋白缺失或者缺陷時(shí)而導(dǎo)致的。有研究發(fā)現(xiàn)[7]，疾病在其發(fā)生的不同階段，蛋白質(zhì)的水平就已經(jīng)發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而在蛋白的水平上影響組織、器官和機(jī)體的功能，這就導(dǎo)致了疾病的發(fā)生。蛋白質(zhì)組學(xué)在頸動(dòng)脈粥樣硬化中的研究較多，通過(guò)分析不穩(wěn)定斑塊中的蛋白質(zhì)發(fā)現(xiàn)一共鑒定出204個(gè)蛋白，分析到有很多蛋白參與炎癥反應(yīng)、應(yīng)激反應(yīng)、凋亡、氧化反應(yīng)、蛋白酶解等生物過(guò)程，這從蛋白水平對(duì)頸動(dòng)脈粥樣硬化的病例損傷機(jī)制有了深入的認(rèn)識(shí) [8]。蛋白質(zhì)組學(xué)在惡心腫瘤和消化系統(tǒng)腫瘤的診斷中起了至關(guān)重要的作用，發(fā)現(xiàn)了很多相關(guān)的致病蛋白[9-10]。蛋白質(zhì)組學(xué)也應(yīng)用在中藥作用靶點(diǎn)、中藥的栽培、中醫(yī)證候本質(zhì)以及中藥方劑作用機(jī)理等方面[11]。結(jié)核病和艾滋病作為傳染性很強(qiáng)的疾病，近年來(lái)通過(guò)結(jié)核病和艾滋病血液蛋白的研究，為其致病機(jī)制提供了更好的依據(jù)[12-13]，同時(shí)為疾病診斷，治療以及防治傳染奠定了基礎(chǔ)。

2. 高脂血癥疾病診斷的研究進(jìn)展

高脂血癥是由于體內(nèi)脂質(zhì)代謝紊亂致使血脂水平增高的一種病癥[14]。高脂血癥對(duì)人體的直接損害是加速全身動(dòng)脈粥樣硬化，一旦粥樣斑塊將動(dòng)脈堵塞，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。目前，血脂異常主要通過(guò)臨床日常的檢查及常規(guī)健康體檢來(lái)發(fā)現(xiàn)，常常在進(jìn)行血液生化檢驗(yàn)時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)血脂異常，不能夠準(zhǔn)確、全面、快速的診斷高脂血癥。而蛋白質(zhì)組學(xué)的興起及其應(yīng)用為高脂血癥的研究提供了新的思路與方法，在闡明疾病的發(fā)生以及藥物治療方面更具有優(yōu)勢(shì)，因而近年來(lái)不少學(xué)者開(kāi)始運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)高脂血癥進(jìn)行診斷研究。

3. 蛋白質(zhì)組學(xué)在高脂血癥中的研究

蛋白質(zhì)不僅是多種致病因子作用于機(jī)體的靶分子,也是絕大多數(shù)藥物作用于機(jī)體的靶點(diǎn)。有研究按照中醫(yī)癥候理論，通過(guò)采集高脂血癥以及動(dòng)脈粥樣硬化瘀證、痰證以及痰瘀互阻證患者與健康對(duì)照患者的血漿樣品，采用雙向電泳-質(zhì)譜技術(shù)對(duì)其蛋白進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)有31種蛋白質(zhì)與正常組存在差異，其可能與高脂血和動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制有關(guān) [15]。高脂血的并發(fā)癥較多，有研究就通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)的方式研究高脂血合并急性胰腺炎的致病機(jī)制，主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)大鼠進(jìn)行造模，造模成功后取血漿進(jìn)行雙向電泳實(shí)驗(yàn)，篩選出相關(guān)致病蛋白，探討了相關(guān)蛋白對(duì)大鼠胰腺的損傷機(jī)制[16]。馮亞敏[17]等人對(duì)高脂飼料喂養(yǎng)的高膽固醇血癥小鼠和正常小鼠的肝臟蛋白運(yùn)用以雙向電泳為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究手段進(jìn)行了比較分析，然后對(duì)差異蛋白進(jìn)行質(zhì)譜分析鑒定，再與蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的小鼠肝臟標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行匹配驗(yàn)證。結(jié)果表明，飲食源性高膽固醇血癥小鼠肝臟中的主要尿蛋白、碳酸酐酶Ⅲ及谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶這三種主要差異蛋白都受雄激素調(diào)控，并且其表達(dá)明顯下調(diào)，可能與飲食引起的高膽固醇血癥相關(guān)，其機(jī)理仍需進(jìn)一步研究。陳陽(yáng)[18]等對(duì)高脂血癥大鼠肝臟蛋白進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，模型大鼠與正常組大鼠相比，一共有173個(gè)蛋白上調(diào)，312個(gè)蛋白下調(diào)，再通過(guò)蛋白驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)分析，推斷高脂血癥的發(fā)病機(jī)制可能與低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白、單酰甘油脂肪酶的上調(diào)和羧酸酯酶3、載脂蛋白A-I的下調(diào)有關(guān)。桂明[19]通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)分析糖尿病和高脂血相關(guān)蛋白質(zhì)發(fā)現(xiàn)，高脂誘導(dǎo)系膜細(xì)胞的凋亡可能與系膜細(xì)胞波形蛋白和連環(huán)蛋白家族中的PKP4的上調(diào)和核酸代謝相關(guān)蛋白的下調(diào)有關(guān)；高脂相關(guān)蛋白的變化有可能是引起高糖發(fā)生的原因；高糖和高脂的作用下，MAPK信號(hào)傳導(dǎo)通路蛋白、系膜細(xì)胞的骨架蛋白及核酸代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)都發(fā)生相關(guān)的改變，這些變化有可能通過(guò)影響系膜細(xì)胞蛋白的合成、分化、凋亡以及系膜基質(zhì)降解而加速了糖尿病腎病的發(fā)展。因而糖尿病伴隨高脂血癥會(huì)增加腎臟的損害。

近年來(lái)，除了高脂血癥以及并發(fā)癥相關(guān)蛋白的研究之外，對(duì)高脂血用藥前后的蛋白的變化也有研究，通過(guò)用藥前后蛋白的影響可以判斷藥物的作用機(jī)制以及可以制定相關(guān)的藥物治療方案。有研究通過(guò)蛋白組學(xué)研究對(duì)比高脂血服用調(diào)脂藥前后蛋白質(zhì)的表達(dá)，判斷高脂血在服用藥物之后，相關(guān)蛋白轉(zhuǎn)鐵蛋白、纖維蛋白原和觸珠蛋白變化比較明顯，這三種蛋白可能是調(diào)脂藥物療效評(píng)定的相關(guān)分子標(biāo)志物；采用蛋白質(zhì)組學(xué)的相關(guān)方法分析尋找評(píng)價(jià)藥物具有治療效應(yīng)的相關(guān)標(biāo)志物有重要的價(jià)值[20]。蒲強(qiáng)紅及其導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)探討了高膽固醇血癥對(duì)肝臟藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)規(guī)律的影響。從實(shí)驗(yàn)中可以看出，與對(duì)照組相比，高膽固醇血癥造模組差異表達(dá)蛋白一共有239個(gè)，上調(diào)的蛋白有188個(gè)，下調(diào)的有51個(gè)蛋白，分析表明差異表達(dá)蛋白發(fā)揮藥物與機(jī)體器官組織的結(jié)合功能, 轉(zhuǎn)運(yùn)功能與催化活性等[21]。許力軍等[22]用新生鼠提取液（NRE）干預(yù)高脂血癥模型大鼠，按照高中低濃度進(jìn)行干預(yù)，然后通過(guò)蛋白組學(xué)的手段分析空白組，模型組以及干預(yù)組蛋白質(zhì)的表達(dá)差異發(fā)現(xiàn)，NRE具有明確的抗脂肪肝、降血脂的作用。

綜上所述，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。高脂血作為很多疾病的并發(fā)癥并且是很多疾病的致病因素之一，例如動(dòng)脈粥樣硬化，脂肪肝等。因此，對(duì)高脂血癥的早期發(fā)現(xiàn)以及診斷是很有必要的；在高脂血不同病癥以及用藥前后蛋白質(zhì)的差異表達(dá)分析的研究對(duì)今后疾病的診斷以及治療具有很重要的意義。

[1]尹穩(wěn),伏旭,李平.蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報(bào)2014,1:32-38.

[2]熊偉.蛋白質(zhì)組雙向電泳技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)展[J].生命科學(xué)儀器,2010,8:7-10.

[3]任麗萍,范海延,宋鐵鋒,等.基于雙向電泳技術(shù)的植物差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(05):53-57.

[4]杜鵬,等.蛋白質(zhì)組雙向電泳技術(shù)研究進(jìn)展[J].衛(wèi)生研究, 2005,34(2):249-254.

[5]李一石. 應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)研究指導(dǎo)疾病診斷和臨床用藥[J]. 中國(guó)新藥雜志,2011,(13):1179-1182+1187.

[6]楊玉霞.雙向電泳技術(shù)在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)展[J]].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2011 (6):1415- 1416,1422.

[7]林虹君,張愛(ài)紅,李高偉,吉會(huì)海,周學(xué)志. 蛋白質(zhì)組學(xué)在疾病研究中的應(yīng)用[J]. 生物技術(shù)通訊,2014,(03):425-428.

[8]李淑月. 頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的蛋白質(zhì)組研究[D].河北醫(yī)科大學(xué),2014.

[9]鐘晶敏,李晶,劉志紅,歐陽(yáng)取長(zhǎng),曾亮. 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在惡性腫瘤研究中應(yīng)用的新進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展,2015,(18):3593-3596+3584.

[10]黃文斌. 蛋白質(zhì)組學(xué)在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展[J]. 醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào),2004,(05):450-453.

[11]朱宇偉,于慶云,劉培,張衛(wèi)華,于金高,李會(huì)偉,張穎,朱悅. 蛋白質(zhì)組學(xué)在中醫(yī)藥科學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國(guó)現(xiàn)代中藥,2016,(05):661-665.

[12]呂順武,謝世平,張海燕,張淼,劉颯,馬素娜,王娟,高亮,李建智. 蛋白質(zhì)組學(xué)在艾滋病研究中的應(yīng)用[J]. 遼寧中醫(yī)雜志,2015,(08):1581-1584

[13]馮爽,張立,張麗霞. 蛋白質(zhì)組學(xué)在結(jié)核病診斷中的研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué),2014,(17):3206-3207+3210.

[14]蘇蓉,于德水.高脂血癥的危害及防治[J].疾病防控,2011,16(8):128-129.

[15]劉軍蓮.高脂血癥及動(dòng)脈粥樣硬化痰瘀證候的蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D].中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院,2006.

[16]張偉.高脂血癥合并急性胰腺炎蛋白質(zhì)組學(xué)分析[A]. 中華醫(yī)學(xué)會(huì)消化病學(xué)分會(huì).中華醫(yī)學(xué)會(huì)第七次全國(guó)消化病學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編（上冊(cè)）[C].中華醫(yī)學(xué)會(huì)消化病學(xué)分會(huì):,2007:1.

[17]馮亞敏,朱葉飛,陳秀英,等.高膽固醇血癥小鼠肝臟的差異表達(dá)蛋白[J].中國(guó)動(dòng)脈硬化雜志，2004,12(3):279-282.

[18]陳陽(yáng),王俊巖,任路,甄畢賢,朱美林,賈連群. 高脂血癥大鼠肝臟蛋白質(zhì)組特征研究[J]. 中華中醫(yī)藥學(xué)刊,2015,(03):567-569+769.

[19]桂明.高糖高脂作用下腎小球系膜細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D].中南大學(xué),2006.

[20]華叢笑.高脂血癥患者服用調(diào)脂藥物的血漿蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D].中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué),2008.

[21]蒲強(qiáng)紅. 聯(lián)合蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)探討高膽固醇血癥影響肝臟藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)規(guī)律及臨床意義[D].重慶醫(yī)科大學(xué),2015.

[22]魏志鋒. NRE對(duì)高脂血癥模型大鼠降脂作用的蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D].吉林大學(xué),2006.