作者：解螺旋.APT
在进入今天的糖尿病机制研究主题之前，我们再回顾下基于质谱的蛋白质组学的特点
三大优点
一次实验能够输出上千级别的数据量，并且同时提供定性、定量和翻译后修饰等信息，能够从更加全面、整体和网络的角度阐明蛋白质的功能与作用机制；（恩，感觉输出一次数据，后面可以接着做好多paper，啦啦啦！）
基于蛋白质的化学组成应用质谱技术对蛋白进行解析，能够更好的区分蛋白质的亚型及修饰变化；（就是这么精准!）
不受抗体的限制，在蛋白质新功能的发现与研究方面具有独特优势，挖掘出一个新分子，高分文章就有了。（太棒!）
二大思路和模式
I 差异比较蛋白质组：解析出不同组样品间大量的差异表达蛋白质。说白了就是找研究对象，找到了辣么多候选蛋白质，研究哪个，就看你有没有火眼金睛，挑到好分子了，挑完了就该功能基因组学上场了，表达验证+功能研究，不能再熟悉的套路。
II 鉴定蛋白质组学：以目标蛋白质为研究的出发点，寻找与其相关的其他蛋白质，进而阐明蛋白功能复合物、信号转导通路的组成与功能，以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用。说白了，就是挖机制！
进入主题
蛋白质组学在糖尿病中的研究方向
糖尿病是一个经典的多因素相关疾病，而蛋白质组学技术能够对复杂样品中大量蛋白同时进行定性和定量的研究。因此，为了揭示糖尿病的复杂病理机制，基于蛋白质组学的研究思路和方法已被大量应用在β-细胞功能缺失、胰岛素靶细胞功能以及胰岛自身免疫损伤等研究领域，为揭开糖尿病及其并发症的分子基础、发现有效治疗靶点提供了强大的依据与支持。
主要应用于以下三个方向的研究和探索：
①比较生理与糖尿病病理或不同处理条件下大量蛋白质的表达量差异变化；
②大规模分析蛋白质的翻译后修饰位点以及不同条件下的蛋白质修饰水平变化；
③解析蛋白质复合物组成或者蛋白质相互作用关系与网络。鉴于基于质谱技术的蛋白质组学强大的蛋白质定性、定量能力，随着相关技术的发展与成熟，蛋白质组学的研究方法与模式已成为糖尿病科研中的主流蛋白质研究方案。
案例一：在糖尿病病例相关蛋白定量研究中的应用
利用非标记（2D，Label free）及标记（DIGE、SILAC、iTRAQ）定量的蛋白组技术与方法，可以对不同样品中的大量蛋白进行大规模地相对定量研究，进而为相关具体机制的深入阐明提供基础和思路。
β-细胞功能缺失研究方面，为了阐明线粒体功能缺失与胰岛素分泌失调的关系和相关机制，2010年发表于《Diabetes》上的研究利用iTRAQ的方法标记了糖尿病发病期MKR转基因小鼠与正常小鼠的胰岛蛋白质，研究了两类胰岛样本的线粒体功能、形态和胰岛蛋白质组的变化。iTRAQ的方法共鉴定到了大约590个蛋白质，并发现107个线粒体蛋白中有36个发生了明显的表达改变。其中21个线粒体内膜蛋白的表达全部出现下调，这些内膜蛋白主要参与线粒体OxPhos过程。此研究进一步证实了OxPhos在胰岛素抵抗导致的β-细胞功能缺失病理过程中具有关键作用。
来源: Diabetes. 2010; 59(2): 448-459.
Maris等在2010年发表于《Journal of Proteome Research》上的研究利用DIGE-MS的方法比较了INS-1E cells在高浓度葡萄糖持续刺激前后的蛋白质组表达变化，发现高浓度葡萄糖持续刺激导致超过100个蛋白质发生明显的表达差异。基于差异蛋白质组的数据，作者借助生物信息学方法构建了高糖诱导β-细胞功能缺失的分子信号通路网络，进而对其中的关键通路进行了功能验证，并证实eEF2在胰岛素生物合成过程中有重要作用。此研究为阐明高糖导致β-细胞功能失调的分子机制提供了新的线索。
来源: J. Proteome Res. 2010; 9 (12): 6274-6287
胰岛素抵抗研究方面，利用Label free的方法，Yoon等研究了TNF-α诱导胰岛素抵抗条件下骨骼肌细胞分泌蛋白组的变化。蛋白质组的研究证实TNF-α刺激可导致10个分泌蛋白上调、18个分泌蛋白下调，并发现了一些新的胰岛素抵抗相关蛋白，为阐明胰岛素抵抗相关因素之间的关系提供了基础。
来源: J Proteome Res. 2011; 10 (12): 5315-5325
糖尿病并发症研究方面，为了证实了I型糖尿病状态下感觉神经元轴突线粒体功能缺失与线粒体呼吸链功能失常的关系，以及解析I型糖尿病诱导神经元线粒体蛋白质组的改变，Akude等人发表在2011年《Diabetes》上的研究，利用SILAC的方法标记了糖尿病动物与正常动物的感觉神经元细胞，比较了两类细胞中线粒体的差异蛋白质组。SILAC实验鉴定到了约50个差异表达的线粒体蛋白，其中cytochrome c oxidase subunit IV 和 NADH dehydrogenase Fe-S protein 3 的表达下调了29-36%，呼吸和线粒体复合物显著下调了15-32%，此研究为阐明糖尿病并发感觉神经系统疾病的病理机制提供了依据。
Diabetes. 2011 Jan; 60(1): 288-297.
除了相对定量，利用选择性/多反应监视（SRM/MRM）质谱技术的靶向蛋白组学方法，还可以实现对复杂样品中的目的蛋白进行绝对定量。
总结来说，蛋白质组学能告诉你一滴眼泪的东西有啥，含量多少。以上了解这些概念案例，就可以出去跟小伙伴忽悠一番啦！
2015-07-22