“岂止于瘦”…… 蛋白质组学揭示瘦身过程中的血浆蛋白质的动态变化
景杰编者按：血液中的蛋白质组成与人的生理和病理状况有紧密的联系。随着蛋白质组技术的不断发展，血液蛋白质标志物的研究正在日益成为一个热点领域。前不久，来自丹麦哥本哈根大学的研究者在著名系统生物学期刊Molecular Systems Biology上发表了新的研究成果，利用基于质谱的蛋白质组技术检测了43位志愿者瘦身过程中血液蛋白质组的变化，并对不同个体和不同阶段之间蛋白质表达变化进行了深入的分析，发现了和脂肪运输、炎症和胰岛素抵抗相关的蛋白质发生了显著的变化，并认为血浆中的蛋白质表达可以用于评估和检测代谢类型疾病的发生、发展。景杰生物作为全球蛋白质及翻译后修饰的领跑者，可以为您提供一整套常规蛋白质组学及修饰组学研究的解决方案，同时还能为您提供高灵敏度的修饰类泛抗体，助力您的研究工作。
关键词：血浆蛋白质组、肥胖、代谢类疾病、炎症、载脂蛋白、代谢
研究思路和成果：
肥胖及其相关的代谢紊乱对现代人的健康和生活质量造成了日益严重的困扰。据研究报道，肥胖会显著提升二型糖尿病和心血管疾病的发病率，并且和人的总体寿命也有相关性。而肥胖者进行持续性的减肥能够改善这些状况，降低相关疾病的发生风险。然而，不同个体究竟如何从这个过程中获益的机制和生理指标一直不甚清楚。在以往的研究中，人们使用基于抗体的方式发现了一些肥胖相关的蛋白标志物，然而在组学的水平上尚缺乏系统性的研究。
本文的作者采用了基于质谱的高通量蛋白质组学技术对肥胖者体重持续性降低过程中的血浆蛋白质组进行分析（图1）。首先，总计52名肥胖者经过连续8个星期每天800千卡的能量摄入控制（相当于8片全麦面包的热量，而成人正常每天需要2400千卡能量摄入），体重平均降低了12%。接下来，43位成员成功将这个体重维持了一年以上的时间。研究者在整个过程中选了7个时间点收集血液进行蛋白质组检测，并对每一个样品进行了4次重复分析，一共进行了1,294次质谱分析。该实验延续了10周的时间，作者发现对于LC-MS/MS系统稳定性而言，色谱部分比质谱部显得更为关键。
图1. 肥胖者体重降低和维持过程中的血浆蛋白质组分析流程
研究者们利用快速稳定的检测体系，从大量的血浆样品中一共检测到了737个血浆蛋白，其中平均每个个体检测到了437个蛋白。这些蛋白在不同样品之间的变化同时受到了个体差异以及体重下降过程两方面因素的影响。为了鉴别出哪些蛋白的差异主要是由于个体差异导致的，作者首先专注于分析减肥后持续期的血浆蛋白质变化，即先排除掉-8和0两个时间点的数据，而分析后续时间点的蛋白表达情况。如果某个蛋白在不同个体之间的差异很大，而在同一个体不同时间的差异很小，则可以认为该蛋白有明显的个体差异性。通过这个方式，作者发现有高达46%的血浆蛋白都具有个体差异性，这表明不同个体之间的血浆蛋白质的个体差异还是相当普遍的。
接下来，作者把关注点放到了体重增加前后的血浆蛋白质表达变化，即-8和0两个点之间的差异。通过t-test p-value的统计方法，作者找到了63和30个分别在体重降低后下调和上调的蛋白，然后大多数的差异蛋白其变化幅度并不大。其中差异最大的是性激素结合球蛋白（SHBG），在体重降低后上调了117%，这和以往报道的其他方法的检测结果相一致。接下来，作者又分析了体重下降和维持各个时间点血浆蛋白的变化趋势，并据此将其分成7个类别，发并现相似功能的蛋白也有相似的聚类关系。
为了更好地反映血浆蛋白质的临床意义，作者将血浆蛋白质表达的差异和一些现有的临床指标做了对应的分析，包括BMI（体重指数）、HDL、LDL、胆固醇、甘油三脂、HOMA-IR（体重指数等）（图2）。作者发现，和BMI最相关的5个蛋白全部是炎症相关的因子，包括CFH、C3、APCS、ORM2、CFI。另外其他相关的炎症因子如ATRN已经被报道和肥胖有关。接下来，针对10个BMI相关的差异炎症因子的分布进行分析，发现随着体重的减轻和持续维持，炎症因子的表达在-8至13周呈现逐渐下降的趋势，而在之后维持一个相对低位。此外，胰岛素抵抗相关蛋白也在该过程中有普遍差异。根据炎症和胰岛素抵抗相关蛋白的表达趋势，研究者可以将这42个人分为高代谢负担和低代谢负担两类。
图2. 体重降低过程中炎症相关蛋白的表达变化
血浆中的载脂蛋白家族成员一直以来都被认为和肥胖过程以及心血管疾病和代谢类疾病的发生密切相关，因此作者接下来集中讨论了这个家族相关成员的变化（图3）。在该项研究中鉴定到的总计18个载脂蛋白家族成员中，有12个蛋白至少在某一个时间点发生显著变化，其中有6个蛋白出现持续性的变化。其中，载脂蛋白A (LPA)的增幅达到95%，是该家族响应体重降低过程中差异最显著的蛋白。进一步的GO分析表明整个载脂蛋白相关的过程在体重降低过程中有显著的变化。
图3. 体重降低过程中载脂蛋白家族成员的表达变化
这项研究通过基于质谱的高通量蛋白质组学手段，发现肥胖者体重降低和维持的过程中，其血浆蛋白质表达发生了广泛的变化。其中很多蛋白的变化和生理指标密切相关，其中炎症相关蛋白、胰岛素抵抗相关蛋白和载脂蛋白家族成员在该过程中有显著差异。该研究拓展了人们对血浆蛋白质组的认识，并且表明血浆蛋白表达的差异能够反映人的生理病理状态，具有重要的潜在临床应用价值。
参考文献：
Geyer P, Albrechtsen N, Tyanova S, et al. Proteomics reveals the effects of sustained weight loss on the human plasma proteome. Molecular systems biology, 2016, 12(12): 901-917.
景杰生物通过整合以组学为导向（包括基因蛋白质组学和组蛋白密码组学）的生物标志物发现、以生物标志物为导向的药物研发、以高质量抗体为基础的诊断试剂盒开发这三个环节，逐步构建起“疾病精准分层”、“精准药物研发”、“疾病精准诊断” 三位一体的精准医疗产业化发展的运作链条，从而为精准医疗产业化开创出一片广阔前景, 并开辟出一条可行路径。
延伸阅读：