孫余省+朱冠保+陶禮鈞+方軍+徐洪波+林才
[摘要] 目的 探討雙向電泳蛋白質(zhì)組技術(shù)在殘胃癌組織研究中的應(yīng)用效果。 方法 選取3對殘胃癌及癌旁正常胃黏膜組織,利用雙向電泳蛋白質(zhì)組技術(shù)對其進(jìn)行研究。 結(jié)果 獲得了質(zhì)量良好的胃癌組織蛋白質(zhì)組雙向電泳圖譜。分析之后可得,癌旁組織平均984個(gè)蛋白點(diǎn),殘胃癌組織凝膠平均1068個(gè)蛋白點(diǎn)。一共有112個(gè)差異表達(dá)的蛋白點(diǎn),其中,顯著差異(表達(dá)差異2倍以上)的蛋白點(diǎn)42個(gè)。在這42個(gè)蛋白點(diǎn)之中,在殘胃癌組織里表達(dá)上調(diào)的一共有17個(gè)點(diǎn);在殘胃癌組織里表達(dá)下調(diào)的一共有14個(gè)點(diǎn);在殘胃癌組織中失表達(dá)的一共有8個(gè)點(diǎn);僅在殘胃癌組織中表達(dá)的一共有3個(gè)點(diǎn)。 結(jié)論 利用雙向電泳蛋白質(zhì)組技術(shù)對殘胃癌組織進(jìn)行研究可以獲得良好的應(yīng)用效果。
[關(guān)鍵詞] 殘胃癌;蛋白質(zhì);雙向電泳蛋白質(zhì)組技術(shù)
[中圖分類號] R735.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210(2014)08(c)-0020-05
Application of two-dimensional gel electrophoresis proteomics in residual gastric cancer tissue study
SUN Yusheng1 ZHU Guanbao2 TAO Lijun1 FANG Jun1 XU Hongbo1 LIN Cai3
1.Department of Traumatology, the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University, Zhejiang Province, Wenzhou 325000, China; 2.Department of General Surgery, the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University, Zhejiang Province, Wenzhou 325000, China; 3.Department of Burns, the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University, Zhejiang Province, Wenzhou 325000, China
[Abstract] Objective To explore the application effect of two dimensional electrophoresis proteomics techniques in the study of residual gastric cancer tissue. Methods 3 pairs of residual gastric cancer and adjacent normal gastric mucosa tissues were selected, and were studied by two-dimensional electrophoresis technology in proteomics. Results Gastric tissue of two-dimensional gel electrophoresis profiles of good quality was obtained. The average of protein spots of adjacent mucosa were 984, the residual gastric cancer tissue were 1068 after the analysis of available. There were 112 protein spots differentially expressed in total, and 42 protein spots were significantly different (expressed more than 2 times). There were 17 protein spots in total raised in gastric cancer tissue; 14 protein spots in total cutted; 8 protein spots in total loss of expression; and 3 protein spots in total expressed only in the residual gastric cancer tissue among 42 protein spots. Conclusion Application of two-dimensional electrophoresis technology for residual gastric cancer tissue study can obtain good effect.
[Key words] Gastric stump cancer; Protein; Two-dimensional electrophoresis technology in proteomics
殘胃癌亦稱胃術(shù)后胃癌,占所有胃癌的0.35%~5.8%。它常發(fā)生于胃大部切除后的殘胃內(nèi),也可發(fā)生在單純胃腸吻合等術(shù)后的全胃內(nèi)。胃大部切除術(shù)后20年以上,殘胃癌發(fā)生率較一般人群高出6~7倍[1-3]。迄今為止,其發(fā)病的分子機(jī)制仍然不明,也沒有好的早期診斷方法。因此,尋找特異的分子標(biāo)志和早期診斷方法,了解殘胃癌的發(fā)病機(jī)制對治療和預(yù)后的判斷都有非常重要的意義[4-6]。本研究采用雙向電泳技術(shù)分離殘胃癌組織與癌旁正常胃黏膜組織的所有蛋白質(zhì),運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析殘胃癌組織與癌旁組織之間蛋白質(zhì)組的表達(dá)差異,尋找殘胃癌的特異性標(biāo)志物,分析差異表達(dá)蛋白譜的變化與殘胃癌的發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系、規(guī)律,為全面闡明殘胃癌的發(fā)病機(jī)制和臨床殘胃癌篩查和診斷以及治療提供新的途徑。endprint
1 材料與儀器
1.1 材料
1.1.1 標(biāo)本采集
2010年2月~2011年12月取3對殘胃癌及癌旁正常胃黏膜組織,均來自溫州醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院胃腸外科收治的經(jīng)手術(shù)切除的殘胃癌患者,其中女2例,男1例,年齡59~75歲,平均67歲。3例患者均經(jīng)術(shù)后病理學(xué)檢驗(yàn),確診為胃術(shù)后“吻合口”低分化腺癌。從腫瘤的非壞死組織中獲得殘胃癌組織作為觀察組,并從患者距離原發(fā)腫瘤在5 cm以上的胃黏膜層組織獲得正常組織作為對照組。其中,所有癌旁正常胃黏膜組織標(biāo)本均經(jīng)病理學(xué)檢驗(yàn),證實(shí)不存在癌細(xì)胞浸潤。所有殘胃癌組織標(biāo)本經(jīng)病理學(xué)檢驗(yàn),證實(shí)腫瘤浸潤僅穿透漿膜層。待所有標(biāo)本離體之后,立即予以取材,并利用生理鹽水沖洗多次之后放入液氮中。將所有標(biāo)本均置于-80°C的環(huán)境下,儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>
1.1.2 主要試劑
固相pH梯度干膠條(13 cm,寬pH范圍)、IPG buffer購自通用電氣醫(yī)療集團(tuán)生命科學(xué)部;丙烯酰胺、甘氨酸、甲基雙丙烯酰胺均購自上海醫(yī)藥(集團(tuán))有限公司信誼制藥總廠;十二烷基硫酸鈉(SDS)購自湖北鴻運(yùn)隆生物科技有限公司;尿素購自張家港豐達(dá)制藥有限公司;3-[3-(膽酰胺基丙基)二甲氨基]丙磺酸鹽、過硫酸銨和N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TEMED)均購自北京瑞達(dá)恒輝科技發(fā)展有限公司;3-[(3-膽固醇氨丙基)二甲基氨基]-1-丙磺酸(CHAPS)、二硫蘇糖醇(DTT)均購自上海嶸崴達(dá)實(shí)業(yè)有限公司;碘乙酰胺購自武漢濟(jì)森醫(yī)藥化工有限公司;BCA蛋白濃度試劑盒購自北京索萊寶科技有限公司;UPD-D蛋白質(zhì)染料染色試劑盒購自上海酶聯(lián)生物科技有限公司;UPD-蛋白質(zhì)染料染色試劑盒購自溫州安得森生物科技有限公司。
1.1.3 主要儀器
超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(購自寧波先倡電子科技有限公司);IPGphorⅢ等電聚焦儀器(購自上海將來實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);DYY-6C雙穩(wěn)定時(shí)電泳儀(購自安徽東南儀誠實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司);脫色搖床[購自創(chuàng)博環(huán)球(北京)生物科技有限公司];冷凍臺式高速離心機(jī)(購自江蘇省金壇市恒豐儀器制造有限公司 );SDS-PAGE垂直電泳儀(購自北京君意東方電泳設(shè)備有限公司);Powerlook 2100XL掃描儀[購自世群國際貿(mào)易(上海)有限公司],ImageMaster 2D platinum 6.0圖像分析軟件(購自通用電氣醫(yī)療系統(tǒng)貿(mào)易發(fā)展上海有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 提取組織總蛋白
將組織標(biāo)本100 mg快速浸于液氮之中,充分研磨,達(dá)到粉末狀后,加入裂解液(7 mol/L尿素,2 mol/L硫脲,4%CHAPS,40 mmol/L Tris,0.5% TritonX-100, 65 mmol/L DTT,0.5%pharmalyte,1%蛋白酶抑制劑cocktail)1 mL。予以渦旋振蕩,達(dá)到混勻充分之后,置冰上進(jìn)行1 h裂解。應(yīng)用超聲細(xì)胞破碎儀處理10 min,避免出現(xiàn)氣泡,然后以15 000 r/min,4℃進(jìn)行30 min離心。組織總蛋白質(zhì)提取液即為最終的上清液。利用BCA試劑盒對蛋白的濃度進(jìn)行檢測,并進(jìn)行分裝,然后置于-80℃環(huán)境下存放備用[7]。
1.2.2 凝膠電泳
1.2.2.1 水化上樣 從水化盤槽的邊緣,從左至右,線性加入250 μL樣品。取出存放在冰箱中的IPG膠條,置于室溫環(huán)境下10 min。然后將膠條膠面朝下,輕輕放置在水化盤中的樣品溶液上。靜置30~45 min,待膠條吸收大部分樣品之后,將礦物油沿膠條緩慢加入。每根膠條(17 cm IPG)在3 mL左右,避免水化過程中液體蒸發(fā)。將等電聚焦儀于-20℃予以11~15 h水化。
1.2.2.2 第一向等電聚焦 于聚焦盤的正負(fù)極上放置紙電極置,加5~8 μL ddH2O進(jìn)行潤濕。取出水化完畢的IPG膠條,放在聚焦盤中。并利用2~3 mL礦物油覆蓋每根膠條。對等電聚焦程序進(jìn)行設(shè)置,具體如下:50 V,4 h;100 V,3 h;500 V,1 h;1000 V,1 h;5000 V,1 h;8000~50 000 V,10 h,重復(fù)3次。待聚焦結(jié)束之后,將膠條置于樣品水化盤中,并放在-20℃的冰箱中保存?zhèn)溆茫蛘吡⒓磳δz條予以平衡。電泳之前,將膠條取出,并放置在室溫環(huán)境下予以溶解。
1.2.2.3 第二向 SDS-PAGE電泳 IPG膠條分別置于10 mL平衡緩沖液Ⅰ(6 mol/L 尿素,2%SDS,0.05mol/L Tris-HCl, pH 8.8, 30% 甘油包含2%二硫蘇糖醇)和平衡緩沖液Ⅱ(250 mg碘乙酰胺的平衡液)搖床上各平衡15 min,在1×電泳緩沖液中漂洗數(shù)次,然后安放在12%的丙烯酰胺凝膠上,加入低熔點(diǎn)瓊脂糖封膠液封閉。先進(jìn)行10 mA/17 cm,15℃電泳。仔細(xì)觀察,在樣品在全部走出IPG膠條并濃縮為一條線之后,增大電流強(qiáng)度,保持在20~30 mA/17 cm。再次予以觀察,如果溴酚藍(lán)指示劑到達(dá)底部邊緣,即表示電泳完成[8]。
1.2.2.4 染色 利用UPD-蛋白質(zhì)染料染色試劑盒進(jìn)行染色。在完成電泳之后,對凝膠予以小心的剝離,并置于蒸餾水中進(jìn)行漂洗,并嚴(yán)格參照產(chǎn)品說明書中的具體步驟染色。
1.2.2.5 掃描分析圖像 利用光密度投射模式完成掃描,并以TIF格式予以妥善保存。利用分析軟件對圖像予以分析。比較3塊重復(fù)的膠圖,合成標(biāo)準(zhǔn)圖譜。采用軟件進(jìn)行兩兩對比分析,如果表達(dá)量差距在2倍以上,則視為存在明顯的差異表達(dá),并得出差異表達(dá)蛋白點(diǎn)的具體數(shù)據(jù)[9]。
2 結(jié)果
2.1 蛋白雙向凝膠電泳
對3對殘胃癌和癌旁組織分別進(jìn)行了多次重復(fù)雙向凝膠電泳,選取背景清晰、分辨率高、無扭曲、拖帶的膠圖各3張,共18張進(jìn)行分析。利用ImageMaster 2D platinum 6.0軟件進(jìn)行分析之后可得,癌旁組織平均984個(gè)蛋白點(diǎn),殘胃癌組織凝膠平均1068個(gè)蛋白點(diǎn)。進(jìn)行多對兩兩比較之后可得,在匹配的蛋白點(diǎn)方面,癌旁組織一共有883個(gè)蛋白點(diǎn),殘胃癌組織一共有886個(gè)蛋白點(diǎn)。癌旁組織和殘胃癌組織的平均匹配率分別為89.8%和81.8%。殘胃癌組織和癌旁組織的蛋白雙向電泳凝膠圖見圖1。18塊凝膠的蛋白點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況見表1。endprint
正常癌旁組織 殘胃癌組織
X軸為pH值分布,Y軸為分子量分布
圖1 2-D電泳凝膠圖
表1 18塊凝膠的蛋白點(diǎn)統(tǒng)計(jì)
注:十位數(shù)為患者編號,個(gè)位數(shù)為組織標(biāo)號,單數(shù)為殘癌組織,雙數(shù)為癌旁組織
2.2 殘胃癌組織中差異表達(dá)的蛋白情況
通過膠圖比對和軟件分析,將所有殘胃癌組織的膠圖合成一個(gè)虛擬膠圖,同樣所有癌旁組織膠圖也合成為一個(gè)虛擬對照膠圖,再進(jìn)行比較。在殘胃癌組織和癌旁正常胃黏膜組織中發(fā)現(xiàn)兩者間共有112個(gè)差異表達(dá)的蛋白點(diǎn),其中顯著差異(表達(dá)差異2倍以上)的蛋白點(diǎn)42個(gè)。在這42個(gè)蛋白點(diǎn)之中,在殘胃癌組織里表達(dá)上調(diào)的一共有17個(gè)點(diǎn);在殘胃癌組織里表達(dá)下調(diào)的一共有14個(gè)點(diǎn);在殘胃癌組織中失表達(dá)的一共有8個(gè)點(diǎn);僅在殘胃癌組織中表達(dá)的一共有3個(gè)點(diǎn)。部分差異表達(dá)蛋白見圖2。
3 討論
機(jī)體的各種正常生命活動(dòng)或者異常的疾病發(fā)生過程都是各種復(fù)雜因素相互作用的結(jié)果,其中以各種蛋白質(zhì)的相互作用最為重要,因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是生命的組成和生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)[10-11]。全面研究各種蛋白質(zhì)在疾病的發(fā)生過程中的變化比單一研究某個(gè)蛋白的作用無疑具有更大的優(yōu)勢,更能準(zhǔn)確、全面了解真實(shí)的疾病發(fā)生原理。1994年,“蛋白質(zhì)組(proteome)”概念誕生。該概念是由澳大利亞學(xué)者Williams以及Wilkins經(jīng)過大量的研究提出的,并認(rèn)為蛋白質(zhì)組指的是對一種組織或者細(xì)胞中所有蛋白質(zhì)的相關(guān)研究[12]。隨著現(xiàn)代研究的不斷深入,蛋白質(zhì)組相關(guān)理論研究和技術(shù)水平等都得到了較大的發(fā)展,被廣泛應(yīng)用于對各種疾病的發(fā)生和發(fā)展的研究之中,成為一種重要的研究工具,尤其是在人類基因組計(jì)劃完成之后,“組學(xué)”研究更是成為生命科學(xué)的重要研究方向。在功能基因組以及后基因組的研究過程中,蛋白質(zhì)組的研究又顯得尤其重要,因?yàn)榈鞍踪|(zhì)才是絕大數(shù)基因功能的最終執(zhí)行者[13]。目前國際國內(nèi)對胃癌的研究中,有許多的學(xué)者都已經(jīng)采用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在蛋白水平上大規(guī)模的研究腫瘤特異性的蛋白表達(dá)變化,如國內(nèi)學(xué)者Li等[8]2008通過蛋白質(zhì)組研究發(fā)現(xiàn)胃癌組織中表達(dá)上調(diào)的蛋白主要集中在:①轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白,如鋅指蛋白;②信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白,如G蛋白信號3蛋白(RGS3);③腫瘤相關(guān)蛋白,如ras相關(guān)蛋白;④細(xì)胞骨架蛋白,如大皰性類天皰瘡抗原1。一些學(xué)者也做過類似的胃癌比較,發(fā)現(xiàn)了很多類型的胃癌中表達(dá)上調(diào)的蛋白,例如轉(zhuǎn)膠蛋白和熱休克蛋白27及其異構(gòu)體,以及抗增殖蛋白和NSP3,還有葡萄糖代謝相關(guān)蛋白以及二硫化物異構(gòu)酶A3蛋白等。而表達(dá)上調(diào)的蛋白也有很多類型,例如P20和二磷酸核酸異構(gòu)酶A,以及載脂蛋白A-1和抗胰蛋白酶等。另外,血清轉(zhuǎn)鐵蛋白是表達(dá)下調(diào)的蛋白[14]。
目前針對殘胃癌組織與癌旁組織的蛋白質(zhì)組研究還未見報(bào)道。本研究在提取殘胃癌組織蛋白的過程中,筆者予以了適當(dāng)?shù)奶崛?yōu)化,即將組織標(biāo)本快速浸于液氮之中,充分研磨,達(dá)到粉末狀后,加入裂解液,并予以渦旋振蕩,達(dá)到混勻充分。這樣的提取過程可以對蛋白質(zhì)的溶解性予以改善。同時(shí)在裂解處理后,采用超聲破碎處理,克服提取液中由于包含基因組DNA而比較黏稠,會(huì)影響后期電泳結(jié)果,造成拖帶現(xiàn)象的缺點(diǎn)[15]。研究結(jié)果顯示,2-D膠圖上背景較少,蛋白質(zhì)點(diǎn)清晰,重復(fù)性較好,達(dá)到進(jìn)一步分析的要求。另外,在研究蛋白質(zhì)組的過程中,凝膠蛋白質(zhì)染色技術(shù)會(huì)對最終的質(zhì)譜分析等產(chǎn)生較大的影響。因此,研究過程中,還需要做好染色環(huán)節(jié)。本研究中,筆者即利用UPD-蛋白質(zhì)染料染色試劑盒進(jìn)行染色。在完成電泳之后,對凝膠予以小心的剝離,并置于蒸餾水中進(jìn)行漂洗,嚴(yán)格參照產(chǎn)品說明書中的具體步驟染色。
同時(shí),本研究采用以相同的實(shí)驗(yàn)條件、相同的試劑和實(shí)驗(yàn)參數(shù)同時(shí)研究癌組織和癌旁組織,從凝膠圖譜上看,具有很好的重復(fù)性和可比性,也證明了雙向電泳技術(shù)分離蛋白質(zhì)的效果良好,是研究癌癥組織蛋白質(zhì)組的有力工具。本研究的第一向等電聚焦采用了pH 3~10的IPG膠條,基本上覆蓋了絕大部分的殘胃癌組織和癌旁組織表達(dá)的蛋白質(zhì)譜,能夠全面反映其蛋白質(zhì)組的分布。但是,在膠圖中也發(fā)現(xiàn),大部分的蛋白質(zhì)多集中在pH 5~8之間,給具體的分析過程帶來一定的難度。于是,分析的過程中,高豐度表達(dá)的蛋白可能會(huì)對于低豐度表達(dá)的一部分蛋白質(zhì)造成不同程度的掩蓋。因此,進(jìn)一步的研究應(yīng)該繼續(xù)采用高分辨的窄pH范圍的膠條,比如pH 3~8, pH 7~10的膠條來做進(jìn)一步的分離。雙向電泳分離蛋白質(zhì)只是蛋白質(zhì)組研究的第一步,下一步應(yīng)該采用各種蛋白酶切加質(zhì)譜分析技術(shù),例如MALDI-TOF-MS等來對出現(xiàn)差異表達(dá)的蛋白點(diǎn)代表什么蛋白質(zhì)予以進(jìn)一步的鑒定,并進(jìn)一步分析其代謝途徑和信號通路,即所謂的Pass way分析。通過更加深入的分析研究,爭取了解疾病的發(fā)病機(jī)制,才能進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)新的治療策略和診斷方法[16]??傊诟鞣N人類重大疾病的預(yù)防診治研究過程中,蛋白質(zhì)組學(xué)是一個(gè)十分重要的研究課題,可以提高人們“全景式”病理機(jī)制認(rèn)識水平。另外,關(guān)于蛋白質(zhì)組學(xué)的研究還具有極強(qiáng)的研究前景,各種新型藥物靶標(biāo)與藥物的研發(fā)將會(huì)給各種疾病患者帶來巨大的福音,并為各種疾病對治療提供新的思路。
綜上所述,利用雙向電泳蛋白質(zhì)組技術(shù)對殘胃癌組織進(jìn)行研究,可以獲得質(zhì)量良好的胃癌組織蛋白質(zhì)組雙向電泳圖譜,應(yīng)用效果良好。
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(收稿日期:2014-04-21 本文編輯:程 銘)endprint
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[16] 呂成方,趙遠(yuǎn),王永忠,等.胃癌組織中β-連環(huán)蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶-7的表達(dá)及意義[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版,2012,22(4):346-349.
(收稿日期:2014-04-21 本文編輯:程 銘)endprint
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(收稿日期:2014-04-21 本文編輯:程 銘)endprint