利用蛋白质组学研究肾脏蛋白处理功能

背景： 血浆蛋白质组和尿蛋白质组分别代表了肾脏的输入和输出蛋白质组。随着蛋白质组学技术的进展,血浆蛋白质组和尿蛋白质组被广泛研究,积累了大量的数据。通过血浆和尿蛋白质组的比较,能够帮助我们了解肾脏的蛋白处理功能。 方法和结果： 去掉下泌尿道分泌蛋白的影响以后,血浆中2611个蛋白和尿中1522个蛋白作为肾脏的有效输入蛋白质组和输出蛋白质组。通过比较肾脏输入和输出蛋白质组,获得三组亚蛋白质组：只在血中存在亚蛋白质组,血尿相同亚蛋白质组,和只在尿中存在亚蛋白质组,分别代表了肾脏采取三种不同方式处理的蛋白。本文研究了目前已有的蛋白实际分子量信息与肾脏不同处理方式之间的关系。我们认为相对于输入血浆,在能够通过肾脏的蛋白中富集蛋白的功能是机体为了维持正常生理状态,需要肾脏通过排泄蛋白的方式进行常规调节的主要功能。经过Gene Ontology功能分析,我们发现一些酶和酶抑制因子,钙离子和生长因子结合蛋白,以及凝血和免疫相关蛋白得到富集。 结论和意义： 本研究为运用黑箱的方法通过比较器官输入和输出蛋白质组研究器官蛋白处理功能的方法提供了一项实例。由于肾脏具有显著不同的输入和输出蛋白质组,我们认为肾脏很可能是运用蛋白质组学的技术研究器官功能的第一个器官。 尿液蛋白质组包括血浆来源的蛋白和肾脏产生的蛋白。肾脏产生的蛋白对于我们研究肾脏功能具有重要的意义。因此将尿蛋白质组分为血浆来源的蛋白和肾脏来源的蛋白具有重要的意义。虽然大家也认为肾脏对尿蛋白质组的贡献非常大,但是大多数人是根据血浆蛋白和尿蛋白鉴定的差值推测,并没有人给出直接的证据。肾脏产生蛋白的研究需要排除血浆对尿蛋白质组的影响,这给研究肾脏产生蛋白带来了巨大的困难。离体肾脏灌技术是一项古老的技术,广泛的应用于药物代谢和毒理的研究中[1-3]。它能在一定时间内保持肾脏器官结构和功能完整。我们将蛋白质组学技术结合经典的离体肾脏灌流技术应用的肾脏功能的研究中去。应用无蛋白的灌流液对离体大鼠肾脏灌流,排除了血浆蛋白的影响,在一定时间内观测灌流状态下的尿蛋白质组。 本实验应用了离体肾脏灌流技术,应用高效液相色谱与质谱理联用的方法对离体大鼠肾脏灌流液蛋白质组进行分析。本实验共采用两种方法对离体大鼠肾脏进行灌流。一种是有氧状态的离体大鼠肾脏灌流,另一种是无氧状态的离体大鼠肾脏灌流。在鉴定假阳性率约为1%的基础上,共鉴定有氧灌流状态下的尿液蛋白质组527个。应用富集指数的分析方法,我们发现相对于正常尿蛋白质组,在不同大鼠的离体肾脏灌流尿蛋白质组中同时富集的蛋白共有103个,说明这些蛋白来源于肾脏。通过有氧和无氧状态的离体肾脏灌流状态下的尿蛋白质组比较,我们发现22个差异蛋白。这些蛋白随着灌流时间的延长和灌流条件的改变表达量增高。提示这些蛋白可能与肾脏损伤有关,可以作为肾脏损伤的生物标志物。本实验对灌流状态下的血管支路的灌流液蛋白质组也进行了分析,共鉴定了210个蛋白。这些蛋白主要是来源于血浆蛋白,提示血管支路存在灌流实验开始前未冲洗干净的血。但是我们发现这些污染血的鉴定蛋白与正常大鼠血的鉴定蛋白重合率很低,并且我们发现在正常大鼠血中的11个中丰度和高丰度的蛋白在灌流液状态下的血管支路灌流液蛋白质组中并没有被检测到。说明这些没有被冲洗干净的血浆蛋白与正常大鼠血浆蛋白存在很大不同。我们认为这些蛋白质是在肾血管内与内皮结合紧密的蛋白。 综上所述,本实验将蛋白质组学结合经典的灌流技术应用到肾脏生理研究中去。