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蛋白质组学技术在高血压领域的应用

2011-02-21齐连芬李川洁胡元会

中西医结合心脑血管病杂志 2011年9期
关键词:组学脑出血蛋白质

齐连芬,李川洁,胡元会

高血压病是临床常见病之一,随着人类基因组计划的完成,心血管研究趋向于绘制一幅分子生物学“疾病基因图谱”。蛋白质组学的应用,将基因分析和病理分析串联起来[1],现就蛋白质组学在高血压领域的应用总结如下。

1 蛋白质组以及蛋白质组学的概念

蛋白质组的概念由澳大利亚Wilkins和Willians于1994年提出,指的是由一个基因组所表达的全部蛋白质。蛋白质广泛参与细胞的功能及调节,蛋白质组决定细胞乃至组织和器官的表型。不论是处于正常状态还是急慢性疾病状态下[2]。

2 蛋白质组学在高血压病中的研究

目前国内外的研究大多对其发病的机制感兴趣,故研究多集中在高血压模型动物的组织蛋白质组学研究。

2.1 高血压模型动物心肌组织的研究 刘丽等[3]运用蛋白质组学技术探讨腹主动脉缩窄(AAC)高血压大鼠(SHR)左心室差异蛋白质表达,及其在左室肥厚发生机制中的作用,结果显示,鉴定的21个蛋白质中,相对于假手术组有14个蛋白质上调,4个蛋白质下调,3个蛋白为AAC组新出现。NCBI数据库检索后发现上调蛋白质包括:肌球蛋白轻链、心肌A肌动蛋白蛋白原、B肌球蛋白重链、3磷酸甘油醛脱氢酶、线粒体核糖体蛋白L15、G蛋白偶联受体34、酪氨酸蛋白激酶ZAP-70、RIKENcDNA 9030617003、天冬氨酸tRNA合成酶等,下调蛋白为H转运ATP合成酶、卜三脂酰辅酶A脱氢酶等,两组蛋白表达差异有统计学意义。由此认为高血压大鼠心肌中参与糖酵解蛋白、信号转导通路蛋白、基因表达调控蛋白增加,最终心肌细胞结构蛋白增加导致心肌肥厚。

Jin等[4]运用2-DE技术对SHR大鼠心肌蛋白表达进行了研究,与Wistar大鼠相比有20个差异表达的蛋白质点,其中13个点被证明与SHR大鼠早期与血压维持高水平及其进展有关,而另外7个在后期高表达,并且这些高表达的蛋白可以被血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)类药物依那普利和氯沙坦逆转。

金贤等[5]取4周、20周龄雄性SHR和 WKY大鼠,SHR在血压未升高时就已存在心肌肥厚。经二维凝胶图比较共找出27个差异蛋白点,质谱分析鉴定出20个差异蛋白,涉及能量代谢、线粒体氧化磷酸化和氧化应激反应等。

2.2 高血压模型动物肾脏组织的研究 Thongboonkerd[6]运用2-DE和MALDI-TOF-MS技术研究高血压大鼠肾脏蛋白质组表达的变化。结果发现肾脏蛋白表达谱在E-H诱导的高血压组和SH处理组不同,血管舒缓素结合蛋白Kallistatin在各组中均有表达,但仅在长期E-H30表达降低。Kallistatin的减少将导致血管中血管舒张因子总量的减少,从而引起或加重高血压。α1-抗胰蛋白酶A1AT、肾舒血管素活化的抑制因子在EH30组表达上调,但在血压正常的SH30组下调。此外,平滑肌收缩素(SMCE,包括肌球蛋白)、房肽素和蛋白质二硫化物异构酶(PDI)在 E-H30组上调,但在 SH30组下调。Kallistatin、A1AT、PDI的一致改变提示舒血管素通路在E-H诱导的高血压发病机制中起作用。

杜于茜等[7]研究氯沙坦干预SHR大鼠后蛋白表达的变化,两组凝胶的平均蛋白点数分别为570±48、686±30。氯沙坦干预后有13个蛋白表达发生了显著变化,表达增强4个,表达降低4个,蛋白点消失5个。对13个差异蛋白点进行质谱分析,鉴定出的7个蛋白质为Heat shock protein(HSP)、Tubulin alpha-1chain、Transthyretinprecursor、Liver regenerationrelated protein LRRG03等。

2.3 高血压模型动物主动脉的研究 Delbosc等[8]对两种不同种系的高血压大鼠的主动脉进行研究,Fischer和Brown Norway(BN)大鼠分别分为对照组和干预组[N(Omega)-nitro-L-arginine methyl ester(L-NAME),一种抗高血压药物],结果显示BN大鼠干预组血管重构不明显。运用质谱技术对Fischer大鼠干预组表达有差异的蛋白进行研究,差异蛋白是:ubiquitin,smooth muscle (SM)22alpha,thymosin beta4,and C-terminal fragment of filamin A。

卞玉兰等[9]以SHR大鼠胸主动脉为研究对象,结果在线性pH3~10范围内和分子量120kDa以内,SHR的2DE图分离得到2 338±34个蛋白点,WKY得到2 102±48个蛋白点,总共1 870个点匹配,匹配率约为80%。用软件对凝胶图进行分析,选择有2倍以上差异表达的蛋白点有50个,其中有27个点在SHR中表达丰度比WKY高,有23个点在WKY中表达丰度比SHR高。通过胶内酶解后进行一级质谱,得到20个蛋白点的PMF图谱用 Mascot软件搜索NCBI非冗余库,获得这些蛋白点的身份,结果总共有10个点经鉴定后具有较可信的结果,其功能主要有4大类:酶蛋白、信号通路蛋白、参与胞质分裂过程的蛋白和其他。

2.4 高血压模型动物脑血管的研究 李书林等[10]用自发性高血压卒中型大鼠(SHR/SP)试验,结果表明,青年组 Wistar大鼠脑血管壁明胶酶A(MMP-2)和明胶酶B(MMP-9)的表达很少,而在SHR/SP组大鼠的血管壁表达较多。自发性高血压大鼠Ⅳ型胶原酶在血管壁表达的增强,可能是长期高血压致使血管内皮受到应力的损伤,来自血流的切应力和血液的压力(法向应力)作用于血管壁,激发炎性介质的瀑布反应有关。这些因子促进平滑肌细胞、内皮细胞等的基质金属蛋白酶表达。基质金属蛋白酶分解ECM而破坏基底层,并开放血-脑屏障是脑卒中病情加重的重要因素。老年组大鼠 MMP-2、MMP-9的表达也明显高于青年组,与高血压大鼠差异无统计学意义。这可能是老年鼠由于动脉内膜的增厚,引起小动脉中层的慢性缺血缺氧,导致炎症介质、自由基等的产生增加,从而激活明胶酶,引起一系列病理生理变化。

2.5 高血压模型动物血清、尿蛋白的研究 Sironi等[11]将三种品系的大鼠[SHR,自发性高血压易中风大鼠(SHR/SP)、Wist-ar大鼠]应用盐负荷处理一段时间后,用双向凝胶电泳等测定血清和尿中的蛋白改变,结果发现,在中风前至少4周SHR/SP血清中就检测到炎症反应的标志蛋白,包括高水平的硫抑素(thiostatin),在中风前和盐负荷处理数周后,SHR/SP尿中就出现一些分泌蛋白(转铁蛋白、血红素结合蛋白、清蛋白、α2-HS糖蛋白、血管舒缓素结合蛋白、α1-抗胰蛋白酶、Gc-球蛋白和转甲状腺蛋白),此结果提示,在磁共振成像检测到脑的异常体征前,不典型的炎症反应和广泛的血管渗透性改变就已经发生。

3 蛋白质组学在高血压中医证型的研究

“证”是中医对疾病某一阶段的特定病理生理过程的认识,是中医理论中的基本概念,也是辨证论治体系的基础。将蛋白质组学方法引入中医“证”的研究,对中医证相关蛋白质进行筛选和鉴定,为中医“证”本质的研究提供新的思路与方法。证的特征与蛋白质组有相似之处,且证候的形成及不同治疗方法的治疗效果必然有其物质基础,而这种物质基础就有可能反映在蛋白质变化水平上。

萧梅芳等[12]研究15例高血压病肝阳上亢证患者及15例高血压脑出血肝阳化风证蛋白表达的差异。结果提示:肝阳上亢证与肝阳化风证有6个相同表达的蛋白质,18个差异表达的蛋白质。鉴定出的蛋白质涉及细胞骨架蛋白、代谢酶类、细胞信号转导蛋白、抗氧化蛋白、血液蛋白等。电压依赖性阴离子通道蛋白(VDAC)在肝阳化风组及肝阳上亢组表达下调,提示两证与氧化应激条件下VDAC下调,启动细胞凋亡有关。

熊新贵等[13]研究17例高血压脑出血肝阳化风证患者、10名健康对照、23例高血压肝阳上亢证患者的血清蛋白质表达谱。3组血清中共有8个蛋白质点呈现差异表达,鉴定出5个蛋白质为:血清淀粉样前体蛋白,铜蓝蛋白,维生素D结合蛋白,载脂蛋白C-Ⅲ和转铁蛋白。推测其可能与高血压脑出血肝阳化风证存在一定相关性,其具体机制还有待进一步研究。

4 蛋白质组学在高血压中药治疗中的研究

以蛋白质表达为指标,采用蛋白质组相关分析技术及生物信息学等方法,通过比较分析中药作用前后组织、细胞的蛋白质组,能在分子水平了解中药的作用靶点及方式、代谢途径[14]。

张莺等[15]用平肝潜阳方治疗高血压病肝阳上亢证大鼠,有12个表达差异的蛋白质斑点,鉴定确认的8个。其中异柠檬酸脱氢酶、类固醇合成急性调节蛋白在模型组表达较正常组上调,在治疗组重新下调至前水平,实验发现模型组大鼠肾上腺铁蛋白轻链较正常组明显下调,经治疗后又重新上调至高水平。由此推测平肝潜阳法可以作用于铁蛋白轻链,使其水平提高,从而发挥其抗氧化应激损伤的作用。

赵艳[16]用镇肝熄风汤治疗高血压脑出血患者20例,选取高血压脑出血肝阳化风证20例随机分为两组,分别予以镇肝熄风汤对证治疗及大定风珠非对证治疗,结果显示,研究共筛选出22个差异表达蛋白质点。高血压脑出血肝阳化风证,经镇肝熄风汤对证治疗后与健康对照组比较2个蛋白表达下调,1个蛋白缺失,5个蛋白表达与健康人无明显差异。经质谱鉴定有8个蛋白。由此考虑镇肝熄风汤通过作用于ApoAI,肽酰-脯氨酰-顺反式异构酶A(cyPA),使其水平提高,有效地介导胆固醇和磷脂从人主动脉平滑肌细胞的流出从而发挥降压降脂作用。

5 展 望

蛋白质组研究在心血管疾病中应用越来越广泛,目前主要受限于敏感性、特异性和高通量[17]。目前中医证候及中医药的蛋白质组学研究尚缺乏公认的标准,研究结果仅限于蛋白质定性,采用不同的检测技术,蛋白定量不同,因而蛋白性质也不同,缺乏程度的量化标准。故今后中医证候及中医药的蛋白质组学的研究,应逐步建立统一的程度量化标准,以消除不同结果间的差异。并应尽量保证研究的连续性,深入研究分析这些蛋白质,对差异结果进行再验证和功能分析,寻找更好的干预靶点。

[1] Zerkowski HR,Grussermeyer T,Matt P,et al.Proteomics strategies in cardiovascular research[J].J Proteome Res,2004,3(2):200-208.

[2] Hoving S,Munchbach M,Schmid H,et al.A method for the chemical generation of naterminal peptide sequence tags for rapid protein identification[J].Anal Chem,2000,72:1006-1014.

[3] 刘丽,王文,孟宪敏.高血压大鼠左室肥厚差异蛋白质组学研究[J].中华高血压杂志,2008,16(6):516-519.

[4] Jin X,Xia L,Wang LS.Diferential protein expression in hypertrophic heart with and without hypertension in spontaneously hypertensive rats[J].Proteomics,2006,6(6):1948-1950.

[5] 金贤,夏立.自发性高血压大鼠肥厚左心室的蛋白质组学研究[J].中华高血压杂志,2008,16(3):230-231.

[6] Thongboonker V,Gozal E,Sachleben LR,et al.Proteomic analysis reveals alterations in the renal kallikrein pathway during hypoxiainduced hypertension[J].J Biolchem,2002,277(38):34708-34710.

[7] 杜于茜,余敏,陈君柱,等.氯沙坦对自发性高血压大鼠肾脏蛋白质表达谱的影响[J].中国应用生理学杂志,2008,24(4):468-469.

[8] Delbosc S,Haloui M,Louedec L,et al.Proteomic analysis permits the identification of new biomarkers of arterial wall remodeling in hypertension[J].Mol Med,2008,14(7-8):383-394.

[9] 卞玉兰,严志强.自发性高血压大鼠胸主动脉蛋白组学分析-血管紧张素Ⅱ上调血管RhoGDI alpha表达[D].上海:上海交通大学硕士学位论文,2007.

[10] 李书林,蒋晓江.基质金属蛋白酶在老龄鼠基底节区血管的表达[J].中华老年心脑血管病杂志,2001,3(1):54-56.

[11] Sironil,Tremoli E,Miller,et al.Acute phase proteins before cerebral ischema in stroke pronerats identification by proteomics[J].Stroke,2001,32(3):753-760.

[12] 萧梅芳,梁清华.高血压脑出血肝阳化风证患者外周血单个核细胞的蛋白质组学研究[J].实用预防医学,2008,15(3):623-627.

[13] 熊新贵,梁清华.高血压脑出血肝阳化风证与肝阳上亢证患者血清蛋白质组学研究[J].实用预防医学,2007,14(6):1649-1650.

[14] 卢德赵.蛋白质组学技术在中医药研究中的应用[J].浙江中西医结合杂志,2007,17(4):262-263.

[15] 张莺,陈泽奇.平肝潜阳方治疗前后高血压病肝阳上亢证大鼠肾上腺组织蛋白表达变化的蛋白质组学研究[J].中西医结合学报,2008,6(7).

[16] 赵艳.镇肝熄风汤治疗脑出血肝阳化风证患者证效关系的蛋白质组学研究[D].长沙:中南大学硕士学位论文,2008.

[17] Loscalzo J.Proteomics in cardiovascular biology and medicine[J].Circulation,2003,108(4):380-383.

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