血漿蛋白質組或可揭示胰島素抗性之謎

景杰生物/報道 

編者按：在現(xiàn)代社會，全球有一半人口飽受肥胖有關的疾病的困擾，而減肥手術是目前治療超重最有效的醫(yī)療手段，同時還能顯著改善二型糖尿病人對胰島素的抗性。近日，來自歐洲等研究人員，利用高通量蛋白質組學技術，揭示了胃旁路手術 (RYGB) 前后血漿蛋白質組的變化，結果表明含量顯著改變的蛋白質主要集中在系統(tǒng)性炎癥和脂質代謝，其中一些差異表達的蛋白和胰島素抗性相關。此項研究由Louis-Jeantet醫(yī)學獎獲得者Matthias Mann博士領導，發(fā)表在國際學術期刊Cell Systems。

世界衛(wèi)生組織在2016年的報告表明，目前全球有超過6億人處于肥胖的狀態(tài)(BMI > 30 kg/m²)，另有13億人超重。超重人群的比例自1980年以來翻了一番，除了超重帶來的行動不便外，他們還常常飽受2型糖尿病(T2D)、心血管疾病、內分泌紊亂、神經退行性疾病的困擾，甚至是癌癥的摧殘。

面對空前嚴峻的人群超重的態(tài)勢，醫(yī)學工作人員和科研工作者投入了大量努力，他們在開發(fā)新的療法的同時，也力求深入了解疾病機制。研究表明減肥手術已經成為治療肥胖和T2D最有效的干預手段，胃旁路手術（Roux-en-Y gastric bypass/RYGB）是最常見的減肥手術，通過限制胃攝入食物量，重構腸道結果，從而實現(xiàn)快速減肥并長期維持體重的效果，此外還能顯著提高T2D患者的胰島素敏感性，以至于手術患者糖尿病緩解率能達到75%。接受該手術的名人很多，比如“球王”馬拉多納，著名男高音“帕瓦羅蒂”。

(左)胃旁路手術示意圖 (右)“球王”馬拉多拉接受RYGB手術前后

盡管胃旁路手術有如此顯著的效果，但是我們對手術前后血液中蛋白的變化知之甚少。主要是目前血液蛋白質組學的技術難度較高：大量高豐度蛋白，個體差異較大，難以高通量操作。

Matthias Mann團隊改進的血漿蛋白質組譜的方法，在實驗操作上更自動化，同時蛋白質通量也提高了一倍。通過全局蛋白質組關聯(lián)圖譜的建立，可以更全面了解血漿蛋白質組動態(tài)變化，揭示蛋白-蛋白連接和蛋白-臨床參數(shù)關聯(lián)，突出了循環(huán)蛋白之間、與臨床參數(shù)之間的相關性和抗相關性行為，結果顯示顯著改變的蛋白質主要是系統(tǒng)性炎癥和脂質代謝的標志物。此項研究為肥胖人群的手術治療提供了進一步的臨床數(shù)據(jù)，也揭示了代謝綜合征和糖尿病治療的潛在分子標記和靶點。

 文章圖解概述

1. 胃旁路手術人血漿蛋白質組深度數(shù)據(jù)集

研究人員對47例病態(tài)肥胖個體的血漿樣品進行蛋白組的分析。血液收集分為四個時間點，一次在手術前，三次在術后。病人的體重在術后平穩(wěn)降低，一年內體重平均降低近30%。研究人員去除血漿中高豐度蛋白后，利用液相色譜將酶解后的血漿蛋白的肽段分為24個組分，隨后質譜分析得到高通量的血漿蛋白數(shù)據(jù)庫。

實驗參與個體的平均血漿蛋白通量達到1025個，含有兩條以上多肽的可定量蛋白總計達到1700個。對這些蛋白依照蛋白豐度排名，隨后對其功能進行注釋，并進行富集分析，得到117個具有統(tǒng)計學意義的條目，其中與脂質運輸、凝血和炎癥相關的蛋白在高豐度范圍得到了很好的反映。

 Fig1 實驗設計及流程圖

2. 術后血漿蛋白質組的功能分析

研究人員對術后血漿蛋白質組的動態(tài)變化進行了分析，依據(jù)分層聚類分析將蛋白質組分為四大類。這些蛋白中有近一半呈現(xiàn)長期下降趨勢(第一組,10個蛋白;第二組,40個蛋白質)。第三組的39個蛋白顯示出長期增加傾向，其中許多蛋白在手術后開始減少；第四組的蛋白含量先下降后逐漸恢復到基態(tài)。

接下來，研究人員對蛋白質的功能進行了二次聚類分析，以研究屬于同一個聚類群體的蛋白質是否也具有功能的相關性。其中與炎癥相關的最為豐富，包括臨床上常用的炎癥標志物C反應蛋白(CRP)、急性期蛋白SAA1、SAA4、脂多糖結合蛋白(LBP)，以及補體因子C1S、CFHR3、CFHR5。其次便屬于脂質穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，與體重丟失的預期結果一致。

  Fig2 變化顯著蛋白質按照變化趨勢分為四類

3. 蛋白組關聯(lián)圖譜揭示數(shù)百種血漿蛋白的協(xié)同調節(jié)作用

傳統(tǒng)上對血漿蛋白水平的研究是獨立測量和考慮的，但是蛋白質通常以復合物或基團的形式協(xié)同工作。接下來，研究人員研究了在系統(tǒng)水平上對血漿蛋白質組的協(xié)同調節(jié)，以識別蛋白質網絡并尋找新的候選生物標志物。

結果揭示炎癥系統(tǒng)中高度相關的亞群包括CRP、SAA1和補體級聯(lián)成員蛋白。在炎癥團簇中，補體系統(tǒng)與其他炎癥蛋白(如LBP)有很強的關系。此外，它還包含與糖尿病相關的臨床參數(shù)，如胰島素水平、c肽水平和HOMA-IR。這個網絡清楚地捕捉到了炎癥、胰島素抵抗和脂質代謝之間的關系。

  Fig3 血漿蛋白質組關聯(lián)圖譜

4. 肥胖治療手術顯著改變脂代謝核心蛋白

脂穩(wěn)態(tài)是肥胖術后第二大受到影響的生理系統(tǒng)，研究人員進而對這類脂穩(wěn)態(tài)相關蛋白做了術后關聯(lián)分析以及卡路里限制功能研究。結果表明有25種反映血脂穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的蛋白，并且他們的關聯(lián)圖顯示了卡路里限制和肥胖術后研究之間很大程度的相似性。其中HDL相關蛋白APOA1、APOA2、APOA4和PON1表現(xiàn)出較高的關聯(lián)度。

   Fig4 脂穩(wěn)態(tài)調節(jié)蛋白對RYGB和卡路里限制的應答

5. 肥胖手術改善個體胰島素敏感

肥胖手術對胰島素敏感性的積極作用已被廣泛討論，但其在血漿蛋白組中的功用尚未被描述。研究人員進一步對術后血漿蛋白組呈現(xiàn)出的胰島素敏感變化做了分析。研究人員將胰島素敏感性測量與血漿蛋白質譜圖聯(lián)系起來，得到75個顯著相關蛋白。脂聯(lián)素、性激素結合球蛋白、維生素k依賴性蛋白S、膽堿酯酶、補體因子C3、CFB和c4結合蛋白alpha鏈與評估結果相關。蛋白質相關圖譜反映了胰島素敏感性、脂質穩(wěn)態(tài)和炎癥之間的復雜關系，豐富了臨床數(shù)據(jù)。

  Fig5 胰島素敏感性評估

血漿蛋白質組分析是研究肥胖病人手術等生理干預對人體影響的一項強有力的技術，可為代謝綜合征和糖尿病的治療提供潛在的分子標志物和靶點。此類研究方法可以評估由代謝擾動引起的血液蛋白的變化。生物信息學分析將這些數(shù)據(jù)與現(xiàn)有知識相結合，從而為深層次機制注釋提供了臨床背景。進一步簡化和開發(fā)研究分析方法，將有可能衡量更多臨床研究，建立一個更全面的人血漿蛋白質組“知識庫”。

參考文獻：

Nicolai J. Wewer Albrechtsen, et al., (2018), Plasma Proteome Profiling Reveals Dynamics of Inflammatory and Lipid Homeostasis Markers after Roux-En-Y Gastric Bypass Surgery. Cell Syst.