多肽在心血管疾病中的研究進展及展望

程子杰，錢玲梅 （南京醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院心內(nèi)科，江蘇南京210029）

多肽在心血管疾病中的研究進展及展望

程子杰，錢玲梅 （南京醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院心內(nèi)科，江蘇南京210029）

多肽組學是蛋白質(zhì)組學的一個分支，近年來受到了越來越多的關注．多肽組學逐漸成為各領域研究的熱點，如炎癥疾病，心血管疾病等．已有越來越多的多肽被作為藥物應用于臨床，因此多肽將在心臟疾病的防治中具有廣闊的前景．本研究對近幾年來多肽組學主要的研究方法及多肽在心臟領域內(nèi)的最新進展進行綜述．

多肽；心臟發(fā)育；心臟再生

0 引言

進入21世紀以來，隨著計算機技術、分離及分析等技術的進步，多肽組學逐漸成為一門新興熱門學科［1］．多肽組學是研究多肽的組成、功能、變化規(guī)律與相關關系的學科，是對基因組學和蛋白質(zhì)組學的補充．然而，多肽組學的研究頗具難度，其復雜的結構和動態(tài)變化性對研究人員提出了新的挑戰(zhàn)［2］．多肽不僅僅是蛋白質(zhì)降解的產(chǎn)物，還是重要的生物活性分子，參與了許多生理活動．在心臟方面，多肽組學的研究較少，但多肽在心血管結構和功能中發(fā)揮著重要作用［3］．

1 多肽的定義、命名及分類

多肽通常是指分子量不超過10 kDa的小分子量蛋白，由兩個氨基酸分子脫水縮合而成的化合物叫做二肽，同理類推還有三肽、四肽、五肽等．通常由三個或三個以上氨基酸分子脫水縮合而成的化合物都可以稱為多肽．根據(jù)多肽的來源，可以將其分為內(nèi)源性生物活性肽和外源性生物活性肽［4］．內(nèi)源性生物活性肽主要是指人體內(nèi)存在的、天然的生物活性肽．生物活性肽一般以較低豐度表達，特別是在翻譯后可由蛋白水解酶進行位點特異性的降解，這使得對肽的檢測尤為困難［2］．外源性生物活性肽主要指動植物、微生物體內(nèi)的、天然生物活性肽．

2 多肽研究的工具

2．1 多肽的鑒定質(zhì)譜法（mass spectrometry，MS）是利用電磁學原理，對荷電分子或亞分子片段依其質(zhì)量和電·荷的比值（質(zhì)荷比，M／Z）進行分離和分析的方法．質(zhì)譜不僅可以檢測多肽單元的完整信息，還可以同時檢測多肽的數(shù)量．在質(zhì)量分析器中，利用電場或磁場使這些離子發(fā)生不同的速度色散，再將它們分別聚焦，進而得到圖譜確定其質(zhì)量．

2．2 多肽的定量對含量差異微小的多肽樣本進行定量是多肽組學中最重要、也是最具有挑戰(zhàn)性的任務之一［5］．不同生理條件下樣品之間肽豐度的差異可以從所測量的肽接收的信號進行統(tǒng)計學的推斷．

2．2．1 化學標記法 肽的相對豐度的測量可以通過同重元素標記法，分別在培養(yǎng)的細胞或者動物體內(nèi)，在肽合成的階段將一種富集同位素的元件打入生長介質(zhì)或用于標簽的蛋白［6］．該方法更適合于在細胞系或低級組織內(nèi)的標記蛋白．

2．2．2 非標記法 非標記法是生物學研究中最廣泛使用的方法，使用非標記法最顯著的一個優(yōu)點是沒有樣本量的限制［5］．非標記法的策略是質(zhì)譜檢測計數(shù)，這項技術認為肽的豐度與每條被檢測的肽的序列呈線性相關．

2．2．3 多肽組學的絕對定量 多肽的絕對定量在有參考肽或內(nèi)源性定量標準的情況下，利用質(zhì)譜技術可以對多肽進行精確的定量．然而這項技術并未得到廣泛推廣，因為其在使用的過程中需考慮個性化的定量標準．但是對于特定的肽進行定量分析仍不失為一個好的選擇［7］．

2．3 其他工具運用在線計算工具對差異多肽的等電點（PI）和分子質(zhì)量（MW）進行描述和分析．IPA（ingenuity pathway analysis）軟件：使用IPA軟件可進一步探索差異表達的多肽及其前體蛋白的生物學意義，對差異多肽及其蛋白前體所參與的經(jīng)典生物學路徑進行分析［8］．

3 多肽組學的應用

3．1 多肽作為功能學單位許多病理過程中伴隨著蛋白水解酶的活動，從而影響了多肽組學的研究．此外，一些來自長鏈非編碼RNA編碼的小肽也可以在體內(nèi)發(fā)揮生物學的調(diào)節(jié)功能．所以，從多肽水平來分析生理?病理生理的改變顯得尤為必要［9］．現(xiàn)在對人和鼠中小肽的研究還處于起步階段，目前鑒定了一部分具有生物學功能的小肽．Anderson等［10］發(fā)現(xiàn)了一個長度為46個氨基酸的小肽MLN，能夠與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣泵SERCA特異性結合，抑制SERCA對Ca2＋攝入，調(diào)節(jié)骨骼肌收縮．研究者們還在一例患有阿爾茨海默病患者的cDNA文庫中，篩選到一個含24個氨基酸殘基的SEP，將其命名為Humanin［11］，它可以逆轉由多種阿爾茨海默病相關基因突變所導致的神經(jīng)細胞凋亡，具有治療阿爾茨海默病的潛能．

3．2 多肽作為疾病診斷標志物大量的肽是在細胞內(nèi)合成并受到調(diào)控的，其中一些則可以在組織內(nèi)或體液內(nèi)檢測到，所以對于人體內(nèi)這些肽的檢測和定量可以作為疾病早期的診斷標志物［2］．多肽的動態(tài)變化可作為人體健康的一個參考標準．而其本身又受到多種因子的調(diào)控［12］．目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多肽可作為疾病診斷的標志物．Bery等［13］在卵巢癌患者的腹腔積水中發(fā)現(xiàn)了777個差異表達的多肽，而其中的12條可能是卵巢癌潛在的腫瘤標志物．Zhang等［14］發(fā)現(xiàn)了一個新的方法來辨別早期乳腺癌可變剪切的標志物亞型．Tian［15］檢測了人HBV感染的多肽表達譜，識別了可能影響疾病進展的特異性血清肽．

4 多肽在心血管疾病研究中的進展

心臟功能的順利執(zhí)行主要依賴于精確的調(diào)控網(wǎng)絡，病理生理反應以及環(huán)境適應能力．心臟的獨特性不僅體現(xiàn)為其復雜的生物學發(fā)育過程，體系結構和不間斷收縮的特性，而且還體現(xiàn)在它具有能夠及時地對不斷變化的生理和神經(jīng)心理情況做出反應的能力［16］．因此，調(diào)節(jié)心臟發(fā)育和適應能力的調(diào)控網(wǎng)絡，一直都在被深入的研究探索［17］．

心血管疾病在全世界范圍內(nèi)仍然是發(fā)病率最高的疾病，所以挖掘新的診療工具對疾病的診斷及治療有重要的意義．多肽組學在心血管疾病中的研究主要有兩方面，一是發(fā)現(xiàn)在疾病病理生理過程中具有功能的肽，作為治療的藥物進行研究．二是尋找那些對疾病狀態(tài)作出反應的肽，這些肽可能作為疾病的診斷標志物．

4．1 高血壓回顧近幾年文獻，心房鈉尿肽（ANP）和腦鈉肽（BNP）都參與了血壓和體液穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)［18］，在新生兒體液循環(huán)中ANP的水平要明顯高于成人，而新生兒心室中ANP和BNP的水平都要高于成人，這可能是由于新生兒的心室較成人有著更強的ANP儲存能力［3］．腦鈉肽（BNP）是一種主要由心肌細胞產(chǎn)生的，具有利尿、利鈉和血管舒張功能的心臟利鈉激素．心房利鈉肽（ANP）的作用是減少循環(huán)系統(tǒng)中的水鈉負荷，從而降低血壓［19］．ANP和BNP主要都在心臟組織合成：ANP來自心房、BNP來自心室［20］，一些小鼠模型已經(jīng)闡明了這些鈉尿肽的作用［21］，這些數(shù)據(jù)均顯示鈉尿肽對于心臟發(fā)育的特定通路有著重要的作用．

鈉尿肽信號通路的復雜性通過另外兩個受體NPR2和NPR3與相應的活性肽的相互作用得到了進一步的闡明．NPR2在心臟發(fā)育中的作用還未完全闡明，但是在大鼠上過表達NPR2的一個亞型受體可以造成心臟的肥大．在小鼠上敲除NPR3可以導致高血壓和骨骼肌的損害［22］．

4．2 先天性心臟病Eindhoven等［23］在研究成人先天性心臟病N?末端腦鈉肽原（NT?proBNP）水平與其心室功能關系時發(fā)現(xiàn)，NT?proBNP水平在各種先天性心臟之間的表達有所不同．法洛四聯(lián)癥患者，升高的NT?proBNP水平通常與左心室功能減退有關．大動脈轉位的患者，NT?proBNP水平與右心室容積和右心室收縮功能相關．

Chen等［24］發(fā)現(xiàn)了一條由高度保守的基因所編碼的肽，這條肽對于斑馬魚的心臟發(fā)育較為重要．ELABELA，之前一直被認為是非編碼RNA，然而，作者發(fā)現(xiàn)ELABELA含有一段保守的ORF可以編碼54個氨基酸的蛋白．ELA成熟體僅由32個氨基酸構成．研究人員變異了一些等位基因以此證明ELA可以導致心臟形態(tài)的異常．ELA變異的表型類似于APLNR受體變異，而且ELA和APLNR均在原腸胚期前表達［25］．ELA在人胚胎干細胞和成人前列腺及腎臟組織中均有表達，研究人員認為ELA對成人心臟可能會有保護作用．

4．3 心力衰竭有研究［26－27］分析了舒張性心力衰竭患者血漿中的成纖維細胞生長因子FGF21，發(fā)現(xiàn)FGF2可以促進體內(nèi)葡萄糖的平衡和脂質(zhì)能量代謝，從而減弱心臟肥大．通過一年的隨訪，發(fā)現(xiàn)血漿FGF21對心血管不良事件的發(fā)生有著較好的預測能力，這一發(fā)現(xiàn)表明FGF21可能參與到了舒張性心力衰竭的病理生理過程．

4．4 冠狀動脈粥樣硬化性心臟病冠狀動脈粥樣硬化性心臟病是冠狀動脈血管發(fā)生動脈粥樣硬化病變而引起血管腔狹窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或壞死而導致的心臟?。瓵mes等［28］最初在魚脊髓發(fā)現(xiàn)含有11個氨基酸的環(huán)形肽，尾加壓素II（urotensin II，U II）是目前發(fā)現(xiàn)的哺乳動物體內(nèi)最強大的縮血管作用內(nèi)源性活性肽．血清UII的水平與頸動脈粥樣硬化、冠脈疾病患者的病情呈明顯正相關，在AS患者冠脈樣本上含量較高．Segain等［29］發(fā)現(xiàn)U II可作為單核細胞的趨化因子發(fā)揮促炎癥作用參與AS的發(fā)生．Shiraishi等［30］發(fā)現(xiàn)UII還可促進活性氧（ROS）產(chǎn)生和泡沫細胞形成．血管緊張素II（AngII）來源多肽有Ang?（1－7）、AngIII和AngIV，細胞內(nèi)和組織局部的RAS作用，AngII收縮血管壁引起炎癥、氧化應激導致的內(nèi)皮損傷是直接導致AS發(fā)生的重要原因，Ang?（1－7）有拮抗AngII作用，改善血管舒張功能、抑制VSMC增殖遷移、降低血脂水平［31］，對動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展有保護作用．

4．5 心房顫動心房顫動是臨床常見的快速心律失常之一，Apelin也是一種內(nèi)源性肽類激素，直接參與心肌細胞收縮和電生理改變，有很強的正性肌力作用，可參與調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)．Ellinor［32］團隊在對孤立性房顫患者的研究中發(fā)現(xiàn)，房顫患者apelin水平較健康對照組明顯減低．Falcone等［33］研究顯示，血漿apelin水平在中位數(shù)以下的患者，其房顫復發(fā)的風險明顯增高，血漿apelin水平低且伴有BNP高水平的患者，則預后更差．因此，血漿apelin低水平有助于識別房顫高危人群，是房顫復發(fā)及判斷預后的一項危險因素．

Parikh等［34］研究發(fā)現(xiàn)松弛素（Relaxin）可能通過抗纖維化、抗炎、改善心肌重構、調(diào)節(jié)離子通道電流等機制延緩房顫的發(fā)生發(fā)展，有望成為臨床房顫治療的新方法．

5 展望

多肽在許多生理和病理生理過程中都發(fā)揮了重要的作用，因此探索多肽水平的改變特別是蛋白水解酶產(chǎn)生的活性片段的變化對于發(fā)現(xiàn)新的診療工具有提示意義．近年來，質(zhì)譜技術的快速進步對于多肽的研究有著極大的促進作用．如何在體內(nèi)高效的提取多肽，在體外精準的定量多肽對于多肽組學未來的研究將會是一大難點．作為一門新興學科，多肽組學也存在一些缺陷，比如一些提取手段無法大規(guī)模推廣，研究成本過高，多肽本身結構的特殊性等都為研究設置了難題．許多研究只是篩選了一些差異表達的多肽而未能對其功能及機制做進一步的闡明．相信隨著研究技術的不斷成熟，多肽組學將會為臨床診療工作做出更多的貢獻．

［1］Scrivener E，Barry R，Platt A，et al．Peptidomics：A new approach to affinity protein microarrays［J］．Proteomics，2003，3（2）：122－128．

［2］Lai ZW，Petrera A，Schilling O．The emerging role of the peptidome in biomarker discovery and degradome profiling［J］．Bio Chem，2015，396（3）：185－192．

［3］Cameron VA，Ellmers LJ．Minireview：natriuretic peptides during development of the fetal heart and circulation［J］．Endocrinology，2003，144（6）：2191－2194．

［4］Soloview M，F(xiàn)inch P．Peptidomics，current status［J］．J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci，2005，815（1－2）：11－24．

［5］Romanova EV，Dowd SE，Sweedler JV．Quantitation of endogenous peptides using mass spectrometry based methods［J］．Curr Opin Chem Biol，2013，17（5）：801－808．

［6］Gygi SP，Rist B，Gerber SA，et al．Quantitative analysis of complex protein mixtures using isotope?coded affinity tags［J］．Nat Biotechnol，1999，17（10）：994－999．

［7］Rubakhin SS，Sweedler JV．Quantitative measurements of cell?cell signaling peptides with single?cell MALDI MS［J］．Anal Chem，2008，80（18）：7128－7136．

［8］Bortner JD Jr，Das A，Umstead TM，et al．Down?regulation of 14?3?3 isoforms and annexin A5 proteins in lung adenocarcinoma induced by the tobacco?specific nitrosamine NNK in the A／J mouse revealed by proteomic analysis［J］．J Proteome res，2009，8（8）：4050－4061．

［9］Boonen K，Creemers JW，Schoofs L．Bioactive peptides，networks and systems biology［J］．Bioessays，2009，31（3）：300－314．

［10］Anderson DM，Anderson KM，Chang CL，et al．A micropeptide encoded by a putative long noncoding RNA regulates muscle perform?ance［J］．Cell，2015，160（4）：595－606．

［11］Hashimoto Y，Niikura T，Tajima H，et al．A rescue factor abolishing neuronal cell death by a wide spectrum of familial Alzheimer's disease genes and Abeta［J］．Proc Nati Acad Sci U S A，2001，98（11）：6336－6341．

［12］Schrader M，Schulz?Knappe P．Peptidomics technologies for human body fluids［J］．Trends Biotechnol，2001，19（10 Suppl）：S55－S60．

［13］Bery A，Leung F，Smith CR，et al．Deciphering the ovarian cancer ascites fluid peptidome［J］．Clin Proteomics，2014，11（1）：13．

［14］Zhang F，Wang M，Michael T，et al．Novel alternative splicingisoform biomarkers identification from high?throughputplasma proteomics profiling of breast cancer［J］．BMC Syst Biol，2013，7 Suppl 5：S8．

［15］Tian L，Wang Y，Xu D，et al．The differential diagnostic model for serous peptidomics in HBV carriers established by MALDI?TOF?MS analysis［J］．Clinical biochemistry，2014，47（1－2）：56－62．

［16］Davidson EH，Erwin DH．Gene regulatory networks and the evolution of animal body plans［J］．Science，2006，311（5762）：796－800．

［17］Wilczynski B，F(xiàn)urlnong EE．Challenges for modeling global gene regulatory networks during development：insights from Drosophila［J］．Dev Biol，2010，340（2）：161－169．

［18］Hsu JH，Yang SN，Chen HL，et al．B?type natriuretic peptide predicts responses to indomethacin in premature neonates with patent ductus arteriosus［J］．J Pediatr，2010，157（1）：79－84．

［19］Yoshimura M，Yasue H，Okumura K，et al．Different secretion patterns of atrial natriuretic peptide and brain natriuretic peptide in patients with congestive heart failure［J］．Circulation，1993，87（2）：464－469．

［20］Daniels LB，Maisel AS．Natriuretic peptides［J］．J Am Coll Cardiol，2007，50（25）：2357－2368．

［21］Becker JR，Chatterjee S，Robinson TY，et al．Differential activation of natriuretic peptide receptors modulates cardiomyocyte proliferation during development［J］．Development，2014，141（2）：335－345．

［22］Matsukawa N，Grzesik WJ，Takahashi N，et al．The natriuretic peptide clearance receptor locally modulates the physiological effects of the natriuretic peptide system［J］．Proc Nati Acad U S A，1999，96（13）：7403－7408．

［23］Eindhoven JA，van den Bosch AE，Ruys TP，et al．N?terminal pro?B?type natriuretic peptide and its relationship with cardiac func?tion in adults with congenital heart disease［J］．J Am Coll Cardiol，2013，62（13）：1203－1212．

［24］Chen SC，Ho L，Tian J，et al．ELABELA：a hormone essential for heart development signals via the apelin receptor［J］．Dev cell， 2013，27（6）：672－680．

［25］Charo DN，Ho M，F(xiàn)ajardo G，et al．Endogenous regulation of cardiovascular function by apelin?APJ［J］．Am J Physiol Heart Circ Physiol，2009，297（5）：H1904－H1913．

［26］Scott NJ，Ellmers LJ，Lainchbury JG，et al．Influence of natriuretic peptide receptor?1 on survival and cardiac hypertrophy during devel?opment［J］．Biochim Biophys Acta，2009，1792（12）：1175－1184．

［27］Chou RH，Huang PH，Hsu CY，et al．Circulating Fibroblast Growth Factor 21 is Associated with Diastolic Dysfunction in Heart Failure Patients with Preserved Ejection Fraction［J］．Sci Rep，2016，6：33953．

［28］Ames RS，Sarau HM，Chambers JK，et al．Human urotensin?II is a potent vasoconstrictor and agonist for the orphan receptor GPR14［J］．Nature，1999，401（6750）：282－286．

［29］Segain JP，Rolli?Derkinderen M，Gervois N，et al．Urotensin II is a New Chemotactic Factor for UT Receptor?Expressing Monocytes［J］．J Immunol，2007，179（2）：901－909．

［30］Shiraishi Y，Watanabe T，Suguro T，et al．Chronic urotensin II infu?sion enhances macrophage foam cell formation and atherosclerosis in apolipoprotein E?knockout mice［J］．J Hypertens，2008，26（10）：1955－1965．

［31］Fraga?Silva RA，Savergnini SQ，Montecucoo F，et al．Treatment with Angiotensin?（1－7）reduces inflammation in carotid atheroscle?rotic plaques［J］．Thromb Haemost，2014，111（4）：736－747．

［32］Ellinor PT，Low AF，Macrae CA．Reduced apelin levels in lone atrial fibrillation［J］．Eur Heart J，2006，27（2）：222－226．

［33］Falcone C，Buzzi MP，D'angelo A，et al．Apelin plasma levels predict arrhythmia recurrence in patients with persistent atrial fibrillation［J］．Int J Immunopathol Pharmacol，2010，23（3）：917－925．

［34］Parikh A，Patel D，Mctiernan CF，et al．Relaxin suppresses atrial fibrillation by reversing fibrosis and myocyte hypertrophy and increasing conduction velocity and sodium current in spontaneously hypertensive rat hearts［J］．Cir Res，2013，113（3）：313－321．

Progressand prospectofpolypeptidein cardiovascular diseases

CHENG Zi?Jie，QIAN Ling?Mei
Department of Cardiology，F(xiàn)irst Clinical Medical College of Nan?jing Medical University，Nanjing 210029，China

Peptidomics is a branch of proteomics，which has received more and more attention in recent years．Peptidomics has become a hot topic in various fields，such as inflammatory diseases，cardiovascular diseases and so on．More and more polypeptides have been used as drugs in clinical practice，so polypeptides have broad prospects in the prevention and treatment of heart diseases．In this study，the main research methods of peptidomics in recent years and the latest progress of polypeptides in the field of heart were reviewed．

polypeptide；heart development；heart regeneration

R541．1

A

2095?6894（2017）02?77?04

2016－11－25；接受日期：2016－12－10

國家自然科學基金（81370278）

程子杰．碩士．研究方向：內(nèi)源性多肽對心肌缺氧損傷的影響．E?mail：chengzijie1992＠gmail．com

錢玲梅．主任醫(yī)師，副教授．E?mail：lmqian＠njmu．edu．cn