利用LC-MS/MS技术鉴定脑脊液中蛋白质并通过人类蛋白质图谱进行数据挖掘

        脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)是存在于脑室及蛛网膜下腔内的一种无色透明的液体，脑脊液中含有的蛋白质在生理上有着重要的作用，膜转运蛋白和分泌蛋白在脑脊液蛋白质中占有高比例，可被识别和量化，成为脑脊液生物标志物的最佳候选。

        人类蛋白质图谱(Human Protein Atlasproject，HPA)基于转录组学和蛋白质组学研究提供的全面数据，广泛总结了调控、分泌、膜相关、肿瘤特异性和成药性等相关蛋白质信息，绘制了人体组织和细胞中表达基因编码的蛋白位置。这使得HPA成为不可或缺的人类蛋白质组的存储库并应用于疾病诊断和药物发现。

        该研究中对来自三女三男的非病理性脑脊液样本进行分析，采用二维色谱法对多肽进行了分离，利用Q-Exactive进行质谱数据采集，对采集到的数据通过人类蛋白质图谱进行挖掘，通过比对分析自身其他组织与脑脊液中的蛋白质，最终筛选到脑脊液特有的78种蛋白质，流程图如下所示：

图1 脑脊液中筛选特异蛋白质的实验流程图

        首先，作者等人利用LC-MS/MS技术对脑脊液样本进行了分析，共鉴定到了2615种蛋白质和12443条肽段（Table 1）。将鉴定结果与Zhang等人和Guldbrandsen等人鉴定到的目前为止最广泛的脑脊液蛋白质组学数据库进行比对分析，3组人共鉴定到5133种蛋白质，其中与Zhang等人相同的有782种，与Guldbrandsen等人相同的有819种，差异产生的原因可能与不同的蛋白质组学处理流程和技术有关。作者还发现在进行的三男三女6组脑脊液样本分析实验中，仅有21%的蛋白质是在6组中共同鉴定出的，说明个体差异很大，可能与性别和年龄的选择有关。

        接下来，作者通过人类蛋白质图谱数据库对脑脊液中鉴定到的蛋白质进行筛选，筛选条件分别为：与人体其他组织相比有高mRNA表达（5倍以上差异）；大脑相关的分泌或者膜结合蛋白质；4个或4个以上样本中共同鉴定出。最终共筛选了78种蛋白质，如图2所示。

图2 差异蛋白质的筛选（阴影栏为6组全鉴定出的蛋白质）

        随后，研究者对78种蛋白质进行生物学功能分析，发现它们主要与生物结合，受体活动和催化等有关（图3）。另外，这些蛋白质的相对丰度位于所有鉴定到的蛋白质的上游与中游位置，便于临床脑脊液样本化验分析（图4）。

图3  筛选到的蛋白质的生物学功能分析

图4 筛选到的蛋白质的相对丰度

        最后，作者等人查阅文献发现，已有研究证实该研究筛选出的蛋白质含量变化与阿尔兹海默症和帕金森综合征等中枢性神经疾病密切相关，如：相对丰度最高的APLP1，SCG3和KLK6等。

        研究者认为，该研究查找到的78种蛋白质对中枢神经系统疾病的早期诊断, 疗效观察和预后判断具有重要的意义，可以发展为临床诊断的检测目标。

参考文献：

[1] Ilijana Begcevic, DavorBrinc, Andrei P. Drabovich, Ihor Batruch and Eleftherios P. Diamandis. Identification of brain‑enriched proteins in thecerebrospinal fluid proteome by LC‑MS/MS profiling and mining of the Human Protein Atlas.ClinProteom (2016) 13:11

[2] Zhang J, Goodlett DR, Peskind ER, Quinn JF, et al. Quantitative proteomic analysis of age-related changes in human cerebrospinal fluid.Neurobiol Aging. 2005;26:207–27.

[3] Guldbrandsen A, Vethe H, Farag Y, Oveland E, et al. In-depth characterization of the cerebrospinal fluid (CSF) proteome displayed through the CSF proteome resource (CSF-PR). Mol Cell Proteomics. 2014;13:3152–63.

文献整理人：郑浩；编辑：生宁  张金兰；第42期