摘要：心血管疾病是目前威脅人類健康和生命的主要病因，其中許多心臟疾病的細(xì)胞和分子機(jī)制的研究手段相對比較匱乏，而隨著人類基因組圖譜的繪制完成和蛋白質(zhì)組學(xué)的不斷完善，因此，蛋白質(zhì)組作為基因表達(dá)的最終產(chǎn)物，將為揭示疾病發(fā)生、發(fā)展的轉(zhuǎn)化規(guī)律提供有益的思路。本文綜述了近年來蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用于心血管疾病的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)組學(xué)；心血管疾病

2000年6月26日，由六國合作研究的人類基因組工作草圖基本完成，已給制出人體97%的基因組，基中85%的基因組序列得到了精確測定，包含了人體約30億個(gè)堿基對的正確排序。此后，科技工作者們開始將目光轉(zhuǎn)向蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）、功能基因組學(xué)的研究，研究的重心也從簡單地揭示遺傳信息轉(zhuǎn)移到外界因素下的生物功能研究，蛋白質(zhì)組學(xué)也由此應(yīng)運(yùn)而生。

1 蛋白質(zhì)組學(xué)的定義

蛋白質(zhì)組（ Proteome）的概念，最早見諸于1995年7月的\"Electrophoresis\"雜志上，它是指一個(gè)有機(jī)體的全部蛋白質(zhì)組成及其活動(dòng)方式。早期定義為：微生物基因組表達(dá)的整套蛋白質(zhì)，在多細(xì)胞微生物中，整套蛋白質(zhì)指一種組織或細(xì)胞表達(dá)的蛋白質(zhì)，后來定義為：一個(gè)基因組所表達(dá)的蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）是以蛋白質(zhì)組為研究對象的新的研究領(lǐng)域。它可分為：①表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)（expression proteomics： 即把細(xì)胞、組織中的蛋白，建立蛋白定量表達(dá)圖譜，或掃描EST圖。該方法依賴2-D凝膠圖和圖像分析技術(shù)，而且在整個(gè)蛋白質(zhì)組水平上提供了研究細(xì)胞通路，以及疾病、藥物相互作用和一些生物刺激引起的功能紊亂的可能性；②細(xì)胞圖譜蛋白質(zhì)組學(xué)（cell-map proteomics）：即確定蛋白質(zhì)在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的位置；通過純化細(xì)胞器或用質(zhì)譜儀鑒定蛋白復(fù)合物組成等，來確定蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用。

2 蛋白質(zhì)組學(xué)在心血管疾病中的應(yīng)用

心血管疾病嚴(yán)重威脅人類的健康，其發(fā)生和發(fā)展涉及動(dòng)態(tài)、復(fù)雜、精細(xì)的細(xì)胞內(nèi)過程。作為細(xì)胞的基本功能單位，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的執(zhí)行者，廣泛參與細(xì)胞的功能與調(diào)節(jié)，在病理?xiàng)l件下發(fā)生改變，決定細(xì)胞、組織和器官的表型[1]?；虮磉_(dá)產(chǎn)物--蛋白質(zhì)異常是疾病發(fā)生發(fā)展中的重要因素。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于腫瘤、血液性疾病、自身免疫病等方面的研究，并且取得了一定進(jìn)展。

2.1蛋白質(zhì)組學(xué)在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化中的研究應(yīng)用 冠狀動(dòng)脈粥樣硬化樣心臟?。╟oronary heart disease，CHD，簡稱冠心病）是一種遺傳和環(huán)境危險(xiǎn)因素共同作用而發(fā)病的多基因遺傳性疾病。CHD的發(fā)生主要涉及脂質(zhì)代謝障礙、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、單核細(xì)胞遷移并分化為巨噬細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞從中膜遷移至內(nèi)膜并增殖、泡沫細(xì)胞的形成、細(xì)胞壞死和脂質(zhì)沉積等許多過程。You SA等[2]將蛋白質(zhì)組的方法運(yùn)用于尋找冠狀動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病的生物標(biāo)志物的研究。他們發(fā)現(xiàn)，冠狀動(dòng)脈病患者的鐵蛋白輕鏈的表達(dá)量顯著增加。隨后的DNA印跡和PCR進(jìn)一步證實(shí)了鐵蛋白輕鏈表達(dá)水平的升高，并推測增加的鐵蛋白輕鏈通過氧自由基的產(chǎn)生調(diào)節(jié)血管壁內(nèi)脂類的氧化狀態(tài)，加速冠狀動(dòng)脈病的產(chǎn)生。Buscemi等[3]叫利用二維凝膠電泳技術(shù)分離蛋白質(zhì)，利用分行質(zhì)譜技術(shù)（MALDI-TOF）鑒定Rac1轉(zhuǎn)基因心肌肥厚小鼠模型中肌酸激酶M·鏈蛋白的變化，結(jié)果顯示，該種蛋白含量比正常組高，因此，監(jiān)測肌酸激酶M.鏈蛋白的變化可以用來診斷心肌肥厚，并判斷病情的變化。楊鵬遠(yuǎn)等[4]分離大鼠冠狀動(dòng)脈總蛋白，檢測出2626個(gè)蛋白質(zhì)斑點(diǎn)，并且得到不同條件下的蛋白質(zhì)組的差異圖譜，對比分析了正常組和動(dòng)脈粥樣硬化模型組心肌組織的差異蛋白，發(fā)現(xiàn)33個(gè)蛋白質(zhì)斑點(diǎn)只在正常大鼠心肌蛋白檢測到表達(dá)，46個(gè)蛋白點(diǎn)在兩種細(xì)胞中表達(dá)量上有顯著差異。

2.2蛋白質(zhì)組學(xué)在擴(kuò)張型心肌病中的研究應(yīng)用 擴(kuò)張型心肌病 （dilated cardiomyopathy，DCM）是心肌疾病的一種類型，其特征為左或右心室或雙側(cè)心室擴(kuò)大，并伴有心肌肥厚。心室收縮功能減退，伴或不伴充血性心力衰竭。室性或房性心律失常多見。病情呈進(jìn)行性加重，死亡可發(fā)生于疾病的任何階段迄今為止，病因未明，DCM是利用蛋白質(zhì)組學(xué)研究最為深入的一類心血管疾病。研究發(fā)現(xiàn)有100多種心肌蛋白質(zhì)在DCM的心肌細(xì)胞中明顯減少，這些蛋白質(zhì)許多已經(jīng)被鑒定，其中包括細(xì)胞骨架蛋白即肌纖維蛋白，與線粒體及能量產(chǎn)生相關(guān)蛋白，與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)蛋白等[5]。Pleissner等[6]的研究發(fā)現(xiàn)，DCM患者的52種右心房心肌蛋白的表達(dá)水平與正常人相比發(fā)生了明顯變?nèi)?，其中肌球蛋白輕鏈2（Mt，C-2）的蛋白豐度增加到336%，而HSP27降低到59%，這兩種蛋白被認(rèn)為是DCM的右心房的特征性標(biāo)記蛋白。Weekes等[7]對牛先天性DCM 心肌進(jìn)行2-DE分析。證實(shí)其存在線粒體相關(guān)蛋白表達(dá)的改變，共35個(gè)相關(guān)蛋白質(zhì)點(diǎn)，24種蛋白質(zhì)表達(dá)下降，11種蛋白質(zhì)豐度增高， 降低的蛋白質(zhì)包括線粒體和能量代謝表達(dá)的蛋白，包括：肌酸激酶M、細(xì)胞色素C氧化酶、細(xì)胞色素b5、肌紅蛋白、3，2-transenoyl-CoA轉(zhuǎn)移酶。

2.3蛋白質(zhì)組學(xué)在心力衰竭中的研究應(yīng)用 心力衰竭的臨床表現(xiàn)有左心室泵血功能降低、射血分?jǐn)?shù)下降、心臟擴(kuò)大、神經(jīng)體液反應(yīng)活化，在細(xì)胞水平出現(xiàn)心肌細(xì)胞形態(tài)和收縮功能的變化。應(yīng)用雙向電泳技術(shù)研究其蛋白質(zhì)組變化，有助于了解心衰時(shí)心肌細(xì)胞功能障礙及代償作用的分子機(jī)制。Heinke等[8]以右室起搏（245 bpm，34w）誘發(fā)犬心力衰竭，取左心室肌組織進(jìn)行二向電泳和MALDI-MS質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)在pH 3～10的范圍內(nèi)分離的蛋白質(zhì)分子量為10～150 kDa，有31種蛋白質(zhì)發(fā)生明顯變化，其中21種數(shù)量減少，10種增加。發(fā)生變化的蛋白質(zhì)相對分子量在15～68 kDa之間，等電點(diǎn)為4.6～9.02，有60%的蛋白質(zhì)等電點(diǎn)大于6.5，目前已鑒定出其中的23種包括：線粒體應(yīng)激70相關(guān)蛋白（屬熱休克蛋白HPS70家族）數(shù)量增加，肌酸激酶M鏈、羥甲基戊二酰輔酶A合成酶、3，2-transenoyl-CoA轉(zhuǎn)位酶、細(xì)胞色素C氧化酶、細(xì)胞色素b5數(shù)量減少；磷酸甘油酸變位酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶增加，血紅蛋白、肌紅蛋白均減少，半胱氨酸蛋白酶抑制劑cystationC減少，Ras相關(guān)蛋白增加。以上變化普遍存在于不同種屬生物的心衰過程中。

2.4蛋白質(zhì)組學(xué)在心肌缺血/再灌注損傷中的研究應(yīng)用 心肌缺血/再灌注損傷（ischemia/reperfusion iniury，I/R）包括從輕微缺血時(shí)的可逆性損傷到嚴(yán)重缺血時(shí)不可逆性細(xì)胞壞死。研究該過程中蛋白質(zhì)組的變化，是理解這一病理過程的基礎(chǔ)。目前研究重點(diǎn)主要集中于細(xì)胞骨架、肌原纖維、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子等蛋白組分的改變。Coma等[9]采用免疫組化和Western Blotting方法研究成年豚鼠在常氧、缺血、缺血/再灌注、鈣反常等情況下細(xì)胞內(nèi)鈣超載對心肌細(xì)胞內(nèi)肌鈣蛋白T（TnT）免疫反應(yīng)性修飾的影響：正常與單純?nèi)毖M呈陰性反應(yīng)，缺血再灌注和鈣反常心肌細(xì)胞呈TnT免疫反應(yīng)陽性。Western Blotting顯示，缺血再灌注和鈣反常心肌細(xì)胞中TnT出現(xiàn)240～260 kDa、65～66 kDa的反應(yīng)性多肽片段。Arrell等[10]采用腺苷（100/Zmol/L）預(yù)處理成年兔心肌細(xì)胞，經(jīng)分步提取蛋白、雙向電泳分離后發(fā)現(xiàn)，在生理pH條件下提取低豐度胞漿蛋白時(shí)可見約800個(gè)斑點(diǎn)，有3個(gè)條帶遷移。酸性條件下提取高豐度肌絲蛋白，銀染后可見蛋白多集中于pH 5.0左右。Westem Bloting顯示該組蛋白質(zhì)為磷酸化MLC1（myosin light chain 1），其中腺苷預(yù)處理組MLC1中有（34.04～2.7）%發(fā)生單磷酸化，（25.74～1.6）%發(fā)生雙磷酸化，其磷酸化程度高于對照組[（28.94～2.4）%與（5.14～1.0）%，P<0.05，且以單磷酸化形式增多為主。以MALDI（matrix-assisted laser desorption ionization）-TOF（time offlight）鑒定磷酸化的氨基酸殘基發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量為558.667 Da和790.845 Da的片段出現(xiàn)在未磷酸化的MI.E1圖譜中，而在磷酸化樣本中明顯缺失。

2.5蛋白質(zhì)組學(xué)在心肌細(xì)胞線粒體功能中的研究應(yīng)用 由于心臟做功需要提供足夠的能量，心肌細(xì)胞內(nèi)富含大量的線粒體，當(dāng)線粒體出現(xiàn)病變時(shí)，心臟功能會(huì)受到影響。Taylor等 用高度純化的正常人心臟組織的線粒體編輯了線粒體蛋白質(zhì)組目錄。通過雙相電泳共產(chǎn)生了615個(gè)清晰的蛋白點(diǎn)，將所有蛋白質(zhì)都標(biāo)出了pI值、分子量范圍和疏水性等特征參數(shù)。線粒體膜內(nèi)的已知氧化磷酸化的蛋白質(zhì)亞組的覆蓋率>90%。不過，其中19%的被鑒定蛋白質(zhì)的生物化學(xué)信息尚未明確。肌酸激酶（CK）對于維持高能磷酸鹽內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定至關(guān)重要。對CK基因雙敲除（DbKO-CK）而缺失MM（muscle mitochondria1）和ScMit（sarcomeric mitochondriM）CK亞型小鼠研究表明，骨骼肌收縮功能嚴(yán)重受損，而心肌功能基本未發(fā)生顯著變化。通過蛋白質(zhì)組技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，MM-和ScMit-CK亞型的缺失并未引起心肌線粒體蛋白質(zhì)很大程度的變化 。

總之，蛋白質(zhì)組學(xué)是對全套基因組所編碼的蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和功能，以及蛋白質(zhì)之間的相互作用進(jìn)行整體研究的一門新興學(xué)科。對蛋白質(zhì)組進(jìn)行研究的最終目的在于：找到具體的分子靶點(diǎn)，并以此為突破口，最終攻克如心血管疾病這樣的人類重大疾病。通過功能蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，可能揭示蛋白質(zhì)修飾究竟是某一疾病的起因還是結(jié)果，從而達(dá)到診斷和治療疾病的目的，為我們下一步的醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)作出貢獻(xiàn)。

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編輯/哈濤