基于iTRAQ技術(shù)的肝癌肝郁證唾液蛋白質(zhì)組學(xué)

丁 峰 ，孫珂煥 ，曹美群 ，吳正治*

1.暨南大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合博士后流動(dòng)站，廣東 廣州 510632；2.深圳市老年醫(yī)學(xué)研究所，廣東 深圳 518029；3.深圳市第二人民醫(yī)院，廣東 深圳 518029

原發(fā)性肝癌（以下簡(jiǎn)稱肝癌）是臨床上常見的惡性腫瘤之一。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《全球癌癥統(tǒng)計(jì)報(bào)告2018》指出，中國是世界上癌癥發(fā)病率和死亡率全球第一的國家［1］。中國肝癌的發(fā)病率和死亡率均位列全國第五，每年我國死于肝癌的患者約為40萬人，而且近年來我國的肝癌患者數(shù)量仍在逐漸增加。原發(fā)性肝癌臨床上表現(xiàn)為為肝痛、乏力、納差、發(fā)熱、消瘦、黃疸等。中醫(yī)認(rèn)為肝郁證為肝癌臨床常見的證型之一［2］，然而目前對(duì)肝郁證肝癌的研究進(jìn)行的較少，其本質(zhì)尚不明確。

近年來，唾液組學(xué)在口腔疾病和全身系統(tǒng)性疾病早期診斷領(lǐng)域備受關(guān)注［3-6］。與血清標(biāo)本相比，唾液具有取樣方便、安全無創(chuàng)傷、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，唾液在人體疾病早期診斷和預(yù)后監(jiān)測(cè)中具有巨大的潛力。隨著基因表達(dá)芯片、高通量測(cè)序技術(shù)、生物質(zhì)譜等具有高靈敏度、高通量、高分辨率新技術(shù)的快速發(fā)展，研究人員已經(jīng)在唾液中發(fā)現(xiàn)了多種臨床疾病的診斷標(biāo)志物。然而目前的研究領(lǐng)域主要集中在口腔癌、頭頸癌、胃癌、肺癌、乳腺癌等疾?。?-9］。國內(nèi)外對(duì)肝癌早期診斷的研究主要基于血清和肝臟組織［10-12］，對(duì)肝癌唾液組學(xué)的研究還比較少見。本文采用同位素標(biāo)記相對(duì)和絕對(duì)定量（isobar labeled relative and absolute quantitation，iTRAQ）技術(shù)，對(duì)肝癌不同中醫(yī)證型進(jìn)行唾液蛋白質(zhì)譜分析，篩選肝郁證肝癌相關(guān)蛋白，從蛋白質(zhì)組學(xué)角度探討肝郁證肝癌的發(fā)病機(jī)制。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 診斷標(biāo)準(zhǔn)

1.1.1 西醫(yī)診斷標(biāo)準(zhǔn) 原發(fā)性肝癌的診斷及分期參照2001年第八屆全國肝癌學(xué)術(shù)會(huì)議制定并通過的原發(fā)性肝癌臨床診斷與分期標(biāo)準(zhǔn)［13］。

1.1.2 中醫(yī)辨證分型標(biāo)準(zhǔn) 在確定西醫(yī)臨床診斷為原發(fā)性肝癌的基礎(chǔ)上，參照文獻(xiàn)研究得出的肝郁證參考診斷標(biāo)準(zhǔn)：①胸脅作脹或痛，②精神抑郁，③煩躁易怒，④口苦，⑤胸悶，⑥善太息，⑦脈弦。以上7條同時(shí)具備4條或4條以上即可診斷為肝郁證［14］。未見以上癥狀者納入非肝郁證組。

1.2 排除標(biāo)準(zhǔn)

排除年齡在30歲以下；排除已接受過局部放化療治療或手術(shù)者；排除患有口腔局部及唾液腺炎癥患者；排除合并有其他系統(tǒng)嚴(yán)重原發(fā)性疾病患者；排除患有舍格倫綜合征或囊性纖維病患者。

1.3 唾液樣本

本次所收集的唾液樣本均來自湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤科臨床診斷為肝癌的患者，患者均簽署知情同意書。其中，肝郁證肝癌患者11例，男9例，女2例，平均年齡50.4歲，最大患者65歲，最小患者42歲。非肝郁證肝癌患者11例，男8例，女3例，平均年齡57.6歲，最大患者67歲，最小患者40歲。健康對(duì)照組11例，男5例，女6例，平均年齡53.2歲。

1.4 唾液樣本收集及處理

1.4.1 唾液樣本采集 樣本采集前一晚，患者睡前清水漱口3次，避免進(jìn)任何食物或藥物。第二天早上起床后未進(jìn)食前，采用非刺激性唾液采集方式取樣。患者將前5 min內(nèi)的唾液自然吞下后，專業(yè)人員開始操作收集唾液樣本。將消毒的無菌圓柱形棉花放入患者口中，當(dāng)棉花積聚足夠量的唾液后，讓患者將棉花吐入提前置于冰浴的唾液離心管（15 mL）內(nèi)。4℃下先靜置1 h，然后3 000 r/min離心10 min。冰浴上將收集的唾液分裝在1 mL的EP（eppendorf）管中，每管分裝 200 μL，置于-80 ℃冰箱冷凍保存。

1.4.2 唾液蛋白提取及定量 取出樣本，冰上解凍，樣本中加入適量裂解液（由2 mol/L硫脲，7 mol/L尿素和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%chaps{3-［3-（膽酰胺丙基）二甲氨基［丙磺酸內(nèi)鹽，3-［（3-cholamidopropyl）dimethy lammonio］propanes ulfonate}組成，渦旋混勻后超聲60 s，在室溫提取30 min。在4℃下15 000r/min離心20min，收集上清，分裝后置于-80℃冰箱保存。采用Bradford法對(duì)提取的蛋白進(jìn)行定量，蛋白定量后分別將肝郁證組、非肝郁證組、健康對(duì)照組各11例樣本進(jìn)行組內(nèi)混合（每個(gè)樣本取等量蛋白混合）。每組混合后平均分為兩份，共6份。

1.4.3 蛋白酶切 分別從6組樣本蛋白溶液中取出100 μg蛋白于離心管中，加入4 μL還原試劑60 ℃反應(yīng) 1 h，加入 2 μL Cysteine Blocking Reagent，室溫反應(yīng)10 min。往10K的超濾管中加入還原烷基化后的蛋白溶液，12 000 r/min離心20 min，收集上清。加入100 μL溶解液，12 000 r/min離心20 min，并收集上清。在超濾管中加入2 μg胰蛋白酶37℃反應(yīng)過夜；次日12 000 r/min離心20 min，收集酶解消化后的肽段溶液。超濾管中加入50 μL溶解液離心20 min，與上一步合并，共得到100 μL酶解后的樣品。

1.5 iTRAQ實(shí)驗(yàn)

1.5.1 iTRAQ標(biāo)記 每管iTRAQ試劑中分別加入150 μL異丙醇，渦旋振蕩后離心。取50 μL樣品轉(zhuǎn)移到新的離心管中，對(duì)6份肽段混合物進(jìn)行iTRAQ標(biāo)記，并等量混合。將標(biāo)記后的樣品渦旋振蕩后離心，進(jìn)行真空冷凍離心干燥后-80℃保存。1.5.2 LC-MS/MS分析 用100 uL流動(dòng)相A溶解iTRAQ標(biāo)記后的樣品，14 000 r/min離心20 min，收集上清液。用400 μg酶解好的牛血清白蛋白（albumin from bovine serum，BSA）進(jìn)行分離（柱溫45℃，檢測(cè)波長(zhǎng)214 nm）。取100 uL準(zhǔn)備好的樣本上樣，流速0.7 mL/min。用20 μL質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%甲醇，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%甲酸復(fù)溶高pH反相分離得到的組份，12 000 r/min離心10 min，收集上清上樣，采取夾心法上樣，上樣體積10 μL，分離流速350 nL/min。

1.5.3 質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理 搜庫所用數(shù)據(jù)庫為UNIPROT Human數(shù)據(jù)庫，并由MALDI-TOF-TOF 4700型質(zhì)譜完成質(zhì)譜分析。質(zhì)譜原始文件采用AB Sciex配套商用軟件Protein Pilot進(jìn)行處理。

1.6 生物信息學(xué)分析

本研究鑒定的差異蛋白采用差異倍數(shù)＞1.5或＜0.67，以及p值＜0.05作為篩選標(biāo)準(zhǔn)。通過DAVID［15］數(shù)據(jù)庫對(duì)鑒定得到的顯著差異表達(dá)蛋白進(jìn)行Gene Ontology（GO）功能注釋。GO功能分類包括三大類：生物學(xué)過程（Biological Process）、分子功能（Moleculer Function）以及細(xì)胞組分（Cellular Component）。同時(shí)，利用 Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）數(shù)據(jù)庫進(jìn)行差異蛋白代謝通路富集分析。進(jìn)一步應(yīng)用STRING蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫（https：//string-db.org/）繪制差異蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)圖譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 差異表達(dá)蛋白鑒定

健康對(duì)照組、肝郁組、非肝郁組（每組2個(gè)重復(fù)）共6組，經(jīng)iTRAQ標(biāo)記串聯(lián)質(zhì)譜分析后，共同鑒定到的蛋白有1 296個(gè)。以差異倍數(shù)＞1.5或＜0.67為篩選標(biāo)準(zhǔn)，與健康對(duì)照組相比，肝郁組中具有顯著差異表達(dá)的蛋白390個(gè)，其中顯著上調(diào)的差異蛋白有201個(gè)，顯著下調(diào)的差異蛋白有189個(gè)；非肝郁組中具有顯著差異表達(dá)的蛋白231個(gè)，其中顯著上調(diào)的差異蛋白有133個(gè)，顯著下調(diào)的差異蛋白有98個(gè)。同時(shí)，對(duì)肝郁組和非肝郁組差異蛋白進(jìn)行比較分析，得到在兩組中同時(shí)表達(dá)上調(diào)或下調(diào)的蛋白，以及在各組特異表達(dá)的蛋白，結(jié)果如圖1所示。

2.2 生物信息學(xué)分析

2.2.1 GO功能分類 將肝郁組和非肝郁組中共同表達(dá)的130個(gè)差異表達(dá)蛋白進(jìn)行GO功能分類，結(jié)果如圖2所示。在生物學(xué)進(jìn)程方面，差異蛋白主要參與補(bǔ)體激活、視網(wǎng)膜穩(wěn)態(tài)、B細(xì)胞激活正調(diào)控、免疫反應(yīng)、吞噬作用等生物學(xué)過程。在細(xì)胞組分方面，這些蛋白主要位于胞外區(qū)等。在分子功能方面，這些差異蛋白主要涉及抗原/受體結(jié)合、抗氧化劑活性、酶活性等方面。

圖1 肝郁組和非肝郁組差異蛋白比較Fig.1 Comparison of differentially expressed proteins between HCC group with and without liver-depression syndrome

將肝郁組中特異表達(dá)的260個(gè)差異表達(dá)蛋白進(jìn)行GO功能分類，結(jié)果如圖3所示。在生物學(xué)進(jìn)程方面，這些差異蛋白主要參與補(bǔ)體激活、多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、蛋白質(zhì)水解、免疫反應(yīng)等。在細(xì)胞組分方面，這些蛋白主要位于胞外區(qū)等。在分子功能方面，這些差異蛋白主要涉及抗原/受體結(jié)合、內(nèi)切酶活性、蛋白酶結(jié)合等。

2.2.2 KEGG代謝通路富集分析 KEGG代謝通路富集分析結(jié)果顯示，肝郁組和非肝郁組共同表達(dá)的差異蛋白主要富集在5條代謝通路（p＜0.05），見圖4（a）。同時(shí)，對(duì)肝郁組中特異表達(dá)的差異蛋白進(jìn)行KEGG分析發(fā)現(xiàn)，這些差異蛋白主要富集在7條代謝通路（p值＜0.05），見圖4（b）。

2.2.3 STRING蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖譜構(gòu)建 進(jìn)一步應(yīng)用STRING蛋白互作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，對(duì)肝郁證肝癌特異表達(dá)蛋白之間的相互作用進(jìn)行預(yù)測(cè)，并繪制了蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)圖（圖5）。肝郁證肝癌蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中存在2個(gè)主要的蛋白功能模塊，分別與蛋白酶體通路和補(bǔ)體途徑有關(guān)。

2.3 蛋白質(zhì)組學(xué)研究與傳統(tǒng)肝癌中醫(yī)辨證分型

圖2 肝郁組和非肝郁組中共同表達(dá)的差異蛋白GO功能分類：（a）生物學(xué)過程，（b）分子功能，（c）細(xì)胞組分Fig.2 GO functional classification of differentially expressed proteins that were identified in both HCC groups：（a）biological process，（b）molecular function，（c）cellular component

圖3 只在肝癌肝郁組中特異表達(dá)的差異蛋白GO功能分類：（a）生物學(xué)過程，（b）分子功能，（c）細(xì)胞組分Fig.3 GO functional classification of differentially expressed proteins that were only identified in HCC group with liver-depression syndrome：（a）biological process，（b）molecular function，（c）cellular component

圖4（a）肝郁組和非肝郁組中共同表達(dá)的差異蛋白富集的代謝通路，（b）肝郁組中特異表達(dá)的差異蛋白富集的代謝通路Fig.4 （a）KEGG pathway enrichment analysis of differentially expressed proteins that were identified in both HCC groups，（b）KEGG pathway enrichment analysis of differentially expressed proteins that were specifically identified in HCC groups with liver-depression syndrome

原發(fā)性肝癌是我國常見的惡性腫瘤之一，西醫(yī)結(jié)合中醫(yī)辨證分型是我國肝癌治療的一大特點(diǎn)。近年來，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，將蛋白質(zhì)組學(xué)研究與傳統(tǒng)肝癌中醫(yī)辨證分型相結(jié)合，給傳統(tǒng)證候研究帶來了新的契機(jī)，有利于推動(dòng)中醫(yī)藥的臨床研究［16］。目前已有研究報(bào)道利用表面增強(qiáng)激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（surface-enhancedlaserdesorption/ionizationtime-of-flight mass spectrometry，SELDI-TOF-MS）技術(shù)，檢測(cè)并發(fā)現(xiàn)不同中醫(yī)證型原發(fā)性肝癌患者的血清蛋白質(zhì)譜具有差異性［17-18］。

圖5 STRING蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)Fig.5 STRING protein-protein interaction network

原發(fā)性肝癌中醫(yī)證候錯(cuò)綜復(fù)雜，肝氣郁結(jié)證為其中的一種常見證型［2］。肝郁證即肝氣郁結(jié)證，臨床表現(xiàn)為因情志不舒、氣機(jī)郁滯導(dǎo)致心情抑郁、情緒不寧、胸肋悶脹、易怒善哭等癥狀［19］。肝郁證的現(xiàn)代病證研究表明，肝郁證涉及神經(jīng)系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)等多系統(tǒng)、多器官的病理改變［20］。因此，肝郁證可涉及多種疾病，危害甚大，是中醫(yī)病癥研究的重點(diǎn)研究對(duì)象。本研究中，應(yīng)用iTRAQ定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)篩選肝郁證肝癌和非肝郁證肝癌病人唾液樣本的差異蛋白，發(fā)現(xiàn)肝郁證肝癌患者的唾液蛋白表達(dá)譜存在明顯差異。

2.4 肝郁證肝癌特異表達(dá)蛋白譜及代謝通路

對(duì)肝癌肝郁證和非肝郁證的差異蛋白表達(dá)譜進(jìn)行分析，在肝郁證中一共鑒定到260個(gè)具有顯著差異表達(dá)的蛋白，包括124個(gè)上調(diào)蛋白和136個(gè)下調(diào)蛋白。KEGG代謝通路富集分析顯示，這些差異蛋白主要富集在泛素蛋白酶體通路、自噬溶酶體通路、黏附連接通路等。

2.4.1 自噬溶酶體通路 蛋白質(zhì)合成和降解的平衡是細(xì)胞生存的一個(gè)重要條件，這種平衡的破壞會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞癌變或死亡。真核細(xì)胞中存在兩條主要的蛋白質(zhì)降解途徑：蛋白酶體通路和自噬溶酶體通路。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中，廣泛存在蛋白酶體通路和自噬溶酶體通路的變異，且兩者之間可能存在互補(bǔ)代償關(guān)系［21］。自噬溶酶體通路負(fù)責(zé)降解受損或多余的蛋白質(zhì)、器官、脂類等，從而維持體內(nèi)代謝平衡［22］。自噬溶酶體通路作為細(xì)胞的一種自我保護(hù)機(jī)制，在維持細(xì)胞自我穩(wěn)態(tài)和促進(jìn)細(xì)胞生存方面具有重要作用，若自噬未能清除冗余的蛋白質(zhì)和受損的器官，則會(huì)導(dǎo)致DNA損傷的累積，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展［23-24］。自噬的這種特點(diǎn)表明其在癌癥的發(fā)生發(fā)展中起著雙刃劍的作用，具有促進(jìn)或抑制腫瘤發(fā)展的雙重作用。本研究發(fā)現(xiàn)，參與自噬溶酶體通路的基因，除了鞘脂激活蛋白原（Prosaposin，PSAP）表達(dá)上調(diào)外，其他基

因的表達(dá)量在肝郁證中均表現(xiàn)為下調(diào)（圖6），包括蠟樣脂褐質(zhì)神經(jīng)元蛋白5（ceroid-lipofuscinosis neuronal protein 5，CLN5），α-N-乙酰葡糖胺糖苷酶（alpha-N-acetylglucosaminidase，NAGLU）、醌還原酶（quinone reductase，CRYZ）、半胱氨酸蛋白酶 1（Cysteine protease 1，LGMN）、半乳糖苷酶α（Galactosidase Alpha，GLA）和甘露糖苷酶β（Mannosidase Beta，MANBA）。這些蛋白的表達(dá)下調(diào)可能意味著自噬能力的降低。在腫瘤發(fā)生的早期，自噬能力降低使得細(xì)胞增殖旺盛，同時(shí)DNA受損增加基因組的不穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生［25］。因此，這些基因在肝郁證肝癌中的下調(diào)表達(dá)，提示它們可能與早期肝郁證肝癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

2.4.2 泛素蛋白酶體通路 泛素蛋白酶體通路是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)選擇性降解的重要途徑，在人體許多生理活動(dòng)中起著非常重要的作用，包括轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控、抗原提呈、細(xì)胞凋亡調(diào)控、細(xì)胞周期調(diào)控和腫瘤發(fā)生調(diào)控等［26］。其特殊的蛋白酶體裂解活性能上調(diào)或下調(diào)某些抑癌基因、轉(zhuǎn)錄因子或細(xì)胞周期素的表達(dá)，從而影響癌癥的發(fā)生發(fā)展［27］。我們的研究發(fā)現(xiàn)，肝郁證肝癌特異表達(dá)的基因中，參與泛素蛋白酶體通路的基因多數(shù)表達(dá)量上調(diào)（圖7），包 括 PSMB1（Proteasome Subunit Beta 1）、PSMD2（Proteasome 26S Subunit，Non-ATPase 2）、PSMD6（Proteasome 26S Subunit，Non-ATPase 6）、PSME1（Proteasome Activator Subunit 1）和 PSMD1（Proteasome 26S Subunit，Non-ATPase 1）。PSMB1是組成20S蛋白酶體的亞基之一，介導(dǎo)泛素依賴的蛋白降解，如MHC-I類抗原的加工提呈等［28］。PSMD2、PSMD1和PSMD6是組成19S蛋白酶體的三個(gè)亞基。PSMD2在肺癌中表達(dá)量上調(diào)，且PSMD2高表達(dá)與預(yù)后差相關(guān)［29］。PSMD1在乳腺癌中表達(dá)量同樣上調(diào)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)PSMD1失活能夠抑制乳腺癌中抑癌基因p53蛋白降解，從而造成p53蛋白累積［30］。蛋白酶體激活因子PSME1為11S調(diào)節(jié)因子（PA28）α亞基的編碼基因，口腔鱗狀細(xì)胞癌中該基因表達(dá)量上調(diào)，且與易復(fù)發(fā)和預(yù)后差相關(guān)［31］。這些蛋白酶體亞基在多種惡性腫瘤中表達(dá)上調(diào)提示它們可能與癌癥的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。同時(shí)，STRING蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)顯示，肝郁證肝癌蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中存在2個(gè)主要的蛋白功能模塊，泛素蛋白酶體通路上的PSMB1蛋白正是其中一個(gè)功能模塊上的核心蛋白。這表明PSMB1有可能成為肝郁證肝癌早期診斷的一個(gè)潛在標(biāo)志物，值得開展進(jìn)一步研究。

圖6 自噬溶酶體通路：粉色代表肝癌肝郁組中上調(diào)表達(dá)基因，黃色代表肝癌肝郁組中下調(diào)表達(dá)基因Fig.6 Lysosome pathway：pink represents up-regulated proteins in HCC group with liver-depression syndrome，yellow represents down-regulated proteins in HCC group with liver-depression syndrome

圖7 泛素蛋白酶體通路：粉色代表肝癌肝郁組中上調(diào)表達(dá)基因，黃色代表肝癌肝郁組中下調(diào)表達(dá)基因Fig.7 Proteasome pathway：pink represents up-regulated proteins in HCC group with liver-depression syndrome，yellow represents down-regulated proteins in HCC group with liver-depression syndrome

3 結(jié) 語

采用iTRAQ定量蛋白組學(xué)技術(shù)，從分子水平探討肝癌不同中醫(yī)證型間的差異，篩選出肝郁證肝癌與非肝郁證肝癌病人的唾液差異蛋白表達(dá)譜，建立了肝郁證肝癌特異的蛋白數(shù)據(jù)庫，并構(gòu)建了蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，將肝郁證肝癌蛋白譜進(jìn)行了可視化展示。本研究結(jié)果顯示在肝癌肝郁證中表達(dá)異常的蛋白主要與蛋白質(zhì)降解有關(guān)，同時(shí)系統(tǒng)評(píng)估了位于泛素蛋白酶體通路的蛋白酶體亞基在肝癌中的表達(dá)量變化，篩選了一個(gè)潛在的肝癌早期診斷標(biāo)志物蛋白PSMB1，為肝癌防治和中醫(yī)辨證論治提供了依據(jù)。本項(xiàng)目不同中醫(yī)證型的病例數(shù)量相對(duì)較少，具有一定的局限性，進(jìn)一步研究應(yīng)擴(kuò)大病例個(gè)數(shù)，并進(jìn)行功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證差異蛋白的可靠性，進(jìn)一步揭示其證候本質(zhì)和生物學(xué)機(jī)制。