蛋白質(zhì)組學(xué)在疾病研究中的應(yīng)用：維生素D缺乏導(dǎo)致補體系統(tǒng)異常激活

2022年9月30日，銀川市第一人民醫(yī)院謝曉敏教授團隊在《Immunologic Research》發(fā)表題為“Vitamin D deficiency leads to the abnormal activation of the complement system”的研究論文，該研究運用Laber free蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在疾病研究中的應(yīng)用，分析了不同維生素D水平下補體系統(tǒng)蛋白質(zhì)表達的變化，發(fā)現(xiàn)了維生素D缺乏不僅會導(dǎo)致胰島素抵抗和糖代謝紊亂，還會導(dǎo)致蛋白質(zhì)表達異常，從而導(dǎo)致補體系統(tǒng)的異常激活。為進一步研究維生素D與免疫系統(tǒng)的關(guān)系提供了新的理論基礎(chǔ)。百邁客生物為該研究提供了蛋白組檢測服務(wù)與部分分析工作。

研究背景

維生素 D 對維持人類健康至關(guān)重要，維生素 D 在促進先天免疫方面發(fā)揮著重要作用。作為先天免疫的調(diào)節(jié)劑，維生素D可以促進巨噬細胞和單核細胞角質(zhì)形成細胞產(chǎn)生防御素β2和cathelicidin抗菌肽，從而增加抗菌活性。此外，維生素 D 可調(diào)節(jié)先天免疫系統(tǒng)并增加吞噬細胞的能力。維生素 D 和補體系統(tǒng)在肌肉骨骼系統(tǒng)、循環(huán)和新陳代謝中具有一些共同的病理生理學(xué)途徑。維生素 D 可上調(diào)巨噬細胞補體受體免疫球蛋白對病原微生物的先天免疫。然而，維生素D缺乏是否會導(dǎo)致補體系統(tǒng)的異常激活尚不清楚。

在該研究中，作者應(yīng)用高通量非靶向蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，根據(jù)維生素D水平，對不同空腹血糖狀態(tài)下的體檢人群進行分組，探討維生素D缺乏對人體補體系統(tǒng)激活的可能機制。為蛋白質(zhì)組學(xué)在疾病研究中的應(yīng)用提供了一個很好的案例。

研究方案

樣本：體檢人群，男22例，女18例。其中空腹血糖<5.6mmog/L組，5.6mmog/L~6.1 mmol/L組10例，≥7.0mmoL/L組10例。

所有受試者按其血清25-羥基維生素D水平分為3組：A組15例，25（OH）VD≥40 ng/mL；B組15例，≤25（OH）VD<40 ng/mL；C組10例，25（OH）VD<30 ng/mL。

臨床數(shù)據(jù)收集:性別、年齡、吸煙史、收縮壓（SBP）、舒張壓（DBP）、身高、體重、腰圍和臀圍、身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）和腰臀比（WHR）

方法：收集外周靜脈血，酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA） 、胰島β細胞功能評估、Label free蛋白組檢測

技術(shù)路線

主要結(jié)果

1、維生素D缺乏導(dǎo)致胰島素抵抗

表1顯示了三組人體樣本的一般信息。比較了三組的一般數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)三組之間在年齡、SBP、DBP、BMI、WHR、TC、TG、HDL、LDL、ALT、AST和尿素方面沒有顯著差異（p>0.05）。隨著維生素D含量的降低，HbA1c、Fbg、FINS和HOMA-IR水平升高，而HOMA-β水平則相反。這些結(jié)果表明，維生素D缺乏導(dǎo)致血糖水平升高和胰島素抵抗。

2、維生素D缺乏會導(dǎo)致糖代謝異常

為了進一步了解維生素D缺乏對葡萄糖代謝的影響，根據(jù)空腹血糖值對每組樣本進行細分，進行亞組分析。如表2所示，A組有8例空腹血糖<5.6mmoL/L，7例空腹血糖<≤7.0mmoL/L。B組2例Fbg<5.6mmoL/L，10例Fbg＜5.6mmoL/L，3例Fbg≥7.0mmoL/L，C組3例Fbg<Fbg≤7.0mmoL/L，7例Fbg≥7.0mmoL/L，表明維生素D缺乏可導(dǎo)致高血糖和糖代謝異常。

3、差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析

對三組蛋白質(zhì)樣本進行了PCA分析（圖1）。蛋白質(zhì)組差異分析用于分析維生素缺乏對補體差異蛋白的影響。如火山圖（A?vs B）所示，隨著維生素D含量的降低，7種蛋白質(zhì)的表達水平上調(diào)，7種蛋白質(zhì)的表達水平下調(diào)（圖2A），如補體因子B（CFB）、原肌球蛋白α-4鏈（TPM4）和可誘導(dǎo)共刺激分子配體（ICOSL）。A組和B組熱圖分析結(jié)果顯示兩組之間有很好的分離（圖2B）。

同樣，與B組相比，C組發(fā)現(xiàn)4個上調(diào)蛋白和13個下調(diào)蛋白（圖2C），如神經(jīng)細胞粘附分子L1樣蛋白和胰島素樣生長因子I/II（IGF-I和IGFII）。此外，在 A 組和 C 組之間鑒定出更多的差異蛋白，維生素 D 缺乏上調(diào) 8 種蛋白質(zhì)的表達并下調(diào) 17 種蛋白質(zhì)的表達（圖2E，A vs?C），熱圖顯示 B 組和 C 組（圖2D）以及 A 組和 C 組（圖2F）之間的良好分離。此外，對補體系統(tǒng)中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)進行了統(tǒng)計分析（表 3）。為了探索維生素 D 對補體蛋白的影響，列出了不同的補體蛋白（表 3）。結(jié)果表明，維生素D缺乏導(dǎo)致CFB、TPM4、C9、ICOSL、PI16表達異常。這些結(jié)果表明，維生素 D 缺乏會導(dǎo)致某些蛋白質(zhì)的異常表達。

4、差異表達蛋白的GO分析

為了進一步探索差異蛋白的潛在功能，我們進行了GO分析。GO功能分析顯示，A組和B組之間差異表達的蛋白質(zhì)主要與“胰島素受體結(jié)合”、“防御反應(yīng)”、“積極調(diào)節(jié)活化的T細胞增殖”和“細胞對淀粉樣β蛋白的反應(yīng)”有關(guān)（圖3）。與C組相比，B組與C組差異表達的蛋白質(zhì)主要集中在“活化T細胞增殖的正向調(diào)節(jié)”、“胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白復(fù)合體”和“維生素D結(jié)合”（圖4，見原文）。與C組相比，A組差異表達的蛋白質(zhì)主要集中在“防御反應(yīng)”、“免疫突觸”和“胰島素樣生長因子結(jié)合”（圖5，見原文）。這些結(jié)果表明，差異蛋白廣泛參與免疫功能和胰島素分泌。

5、差異蛋白質(zhì)的KEGG分析

A組和B組差異表達的蛋白質(zhì)主要涉及“P53信號通路”和“TRP通道的炎癥介質(zhì)調(diào)節(jié)”（圖6A）。B組與C組和A組與C組的差異表達蛋白富含“細胞黏附分子”（圖4B、C）。此外，A和C之間差異表達的蛋白質(zhì)與“維生素消化和吸收”和“腸道免疫網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生IgA”有關(guān)。這些結(jié)果表明，維生素D缺乏會導(dǎo)致免疫調(diào)節(jié)紊亂。

總結(jié)

該研究的主要發(fā)現(xiàn)如下：

（1）維生素D缺乏導(dǎo)致胰島素抵抗和糖代謝紊亂

（2）維生素D缺乏導(dǎo)致補體蛋白異常表達和補體系統(tǒng)激活

（3）功能豐富分析表明，補體蛋白異常參與了與胰島素分泌和糖代謝調(diào)節(jié)相關(guān)的細胞功能。該研究為進一步研究維生素D對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用提供了新的參考。

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參考文獻：

Li, Huan et al. “Vitamin D deficiency leads to the abnormal activation of the complement system.” Immunologic research, 10.1007/s12026-022-09324-6. 30 Sep. 2022, doi:10.1007/s12026-022-09324-6