應用蛋白質芯片飛行時間質譜儀研究弱精子癥患者精漿差異蛋白表達

徐建新 朱 濤 呂勝啟 方登攀

1.江漢大學附屬醫院泌尿外科（武漢 430015）； 2.武漢大學人民醫院泌尿外科

應用蛋白質芯片飛行時間質譜儀研究弱精子癥患者精漿差異蛋白表達

徐建新1朱 濤1呂勝啟2方登攀1

1.江漢大學附屬醫院泌尿外科（武漢 430015）； 2.武漢大學人民醫院泌尿外科

目的 應用蛋白質組學方法研究弱精子癥患者及正常生育男性精漿中的差異蛋白，發掘與弱精子癥發生發展密切相關的蛋白質標志物。方法 收集36例弱精子癥患者和28例正常生育男性的精液樣本，離心分離獲取精漿，用H50蛋白質芯片結合蛋白質芯片-飛行時間質譜技術（SELDI-TOF-MS）對各組精漿樣本進行檢測，獲取各樣本的蛋白質指紋圖譜，比較各組間蛋白質圖譜表達差異。結果 在相對分子質量在1 000～50 000Da范圍內，共檢測到239種有差異的蛋白峰，其中11種有統計學意義（P＜0.05）。弱精子癥組與正常生育男性精漿蛋白質譜相比，弱精子癥組有8種差異蛋白質表達降低（P＜0.05），其中M/Z為7867.33的蛋白質有顯著差異性（P＜0.01）。3種差異蛋白質M/Z為1247.54、1673.51、11158.2，較正常組表達增高，其中M/Z為1673.51的蛋白質有顯著差異性（P＜0.01）。結論 弱精子癥患者其精漿蛋白質群較正常生育男性精漿有顯著改變，這些蛋白質的降低可能與精子活力受損有重要相關性，本研究對探究弱精子癥的病因及其臨床診療具有重要意義。

弱精子癥； 精液； 蛋白質質譜分析； 差異蛋白質

弱精子癥是導致男性不育的重要因素之一，但發病原因及機制尚不十分清楚，目前，常規的檢測方法及技術水平尚不能從整體水平上系統地分析精漿中的蛋白質組成及其生物學功能，很大程度上阻礙了弱精子癥臨床診斷和治療的進展。我們應用蛋白質芯片-飛行時間質譜技術（SELDI-TOF-MS）研究弱精子癥患者精漿的差異蛋白表達，并發掘與弱精子癥發生發展密切相關的蛋白質標志物，以期為弱精子癥的診療開辟新的途徑，也為以后臨床運用提供理論和實踐基礎。

資料和方法

一、臨床資料

所有標本均于2014年3月至2014年10月取自武漢大學人民醫院生殖醫學中心，用正常生育男性自愿者捐獻的精液標本作為正常對照組，患者禁欲一周，囑患者通過手淫法獲取全部精液。待標本完全液化后，按精子分析儀對標本進行檢測，記錄精液標本的顏色、體積、液化時間、pH值、精子活力、精子計數及畸形率等。按WHO方法分析后，選取結果均正常者28例，為正常（N）組；其他弱精子癥患者的精漿標本來自生殖醫學中心就診的門診患者，按WHO方法分析后，選取結果符合弱精子癥標準者36例，為弱精子癥（RJ）組。標本來源人員平均年齡28歲，精液標本放入無菌離心管中，以1 509×g，離心15 min；用光學顯微鏡鏡檢確認精漿中無精子細胞存在，取上層精漿標本1～3 mL裝入凍存管中，置入-80℃冰箱中冷凍保存。

二、研究方法

（一）精漿標本處理

從-80℃冰箱中取出精漿樣本，置冰盒上融解；以16 785×g，4℃離心2min；取上清液備用；每個芯片點需要精漿50μL，將樣品上樣到芯片上。

（二）芯片處理

取出H50蛋白質芯片，每個加樣點上加5μL的75%ACN溶液，蓋住芯片上的加樣點，放入濕盒2min，取出后移去ACN，每個芯片點用5μL HPLC H2O在芯片點上反復洗2次。將上樣用的的生物芯片處理器 （Bioprocessor） 洗滌若干次，再用去離子水洗滌，取出后晾干備用。用結合緩沖液（10%ACN, 250mol NaCl 加至1倍的PBS），每孔加上200μL，置振蕩器42×g，5min 后甩去孔中液體，再次加入緩沖液200μL，重復操作一次。

（三）上機檢測

取精液50μL上樣，置振蕩器（MS1 Minishaker）42×g，4℃震蕩1h。每孔加上結合緩沖液200μL。置振蕩器（MS1 Minishaker）42×g，5min 后甩去孔中液體，再次加入結合緩沖液200μL，重復操作一次，加入去離子水（HPLC grade）200μL， 迅速甩干，取80μL 100%乙腈，和1%的 TFA 80μL加入EAM（SPA）試管中，劇烈混勻3 min，靜置 5 min，以42 970×g，離心2 min，取上清后備用。取出芯片后，待微干后，在每個加樣孔上加SPA 0.5μL，待微干后，重復一次。待干后，即可上機測定。

三、蛋白質指紋圖譜

利用TOF質譜儀對制備好的樣品進行質譜分析，采用蛋白質芯片閱讀機PBSII-C型讀取數據，經過優化采用激光強度為180，加速源電壓為20000V，檢測器靈敏度為8，真空度為8.387e-007 Torr，掃描質量范圍為1000～50000Da，收集次數為112次/每點。所有芯片按照上述條件檢測。

四、統計學處理

應用Ciphergen ProteinChip Software 3.2.1軟件對數據進行統計學分析，所有數據均采用SPSS16.0軟件包對篩選符合正態分布的樣本進行獨立樣本t檢驗分析，P＜0.05時有統計學意義。

結 果

用H50蛋白質芯片結合技術SELDI-TOF-MS對各組精漿樣本進行檢測，捕獲各組標本的蛋白質指紋圖譜，對兩組精漿樣本進行比較分析，顯示結果為：（1）弱精子癥組（RJ）組與正常（N）組精漿中的差異蛋白質，見表1。（2）H50蛋白質芯片篩選到的弱精子癥差異蛋白，見表2。（3）建新弱精子癥（RJ）組與正常（N）組的精漿差異蛋白指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖，見圖1～圖11。

在相對分子質量在1 000～50 000Da范圍內，共檢測到239種有差異的蛋白峰，其中11種有統計學意義（P＜0.05）。弱精子癥組與正常生育男性精漿蛋白質譜相比，弱精子癥組有8種差異蛋白質表達降低（P＜0.05），其中M/Z為7867.33的蛋白質有顯著差異性（P＜0.01）。3種差異蛋白質表達較正常組表達增高，M/Z為1247.54、1673.51、11158.2，其中M/Z為1673.51的蛋白質有顯著差異性（P＜0.01）。

表1 弱精子癥（RJ）組與正常（N）組精漿中差異蛋白質列表

M/Z：蛋白質荷比； Mean-RJ弱精子癥組對應峰高的平均值； SD-RJ弱精子癥組樣本標準差； Mean-N正常組對應峰高的平均值； SD-N正常組樣本標準差

圖1 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z1247.54 ）

圖2 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z1435.49）

圖3 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z1673.51）

圖4 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z1951.38）

圖5 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z 3143.82）

圖6 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z 3815.13）

圖7 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z 5815.46）

圖8 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z 7867.33）

圖9 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z 8093.93）

圖10 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z 9715.10）

圖11 差異蛋白的指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖（M/Z 11158.2）

表2 H50蛋白質芯片篩選到的弱精子癥差異蛋白

討 論

弱精子癥是指精液參數中向前運動的精子（a和b級）小于50%或a級運動的精子小于25%的病癥，故又稱為精子活力低下。男性不育是嚴重的全球性的醫學及社會問題［1］，而弱精子癥是引起男性不育的重要疾病因素之一，文獻報道，因精子活力低下而導致的男性不育約占所有男性不育致病因素的50%［2］。目前已知，導致精子活力差的因素包括：精漿異常、生殖道感染、免疫因素、精索靜脈曲張、內分泌因素、全身性疾病［3,4］。

精漿中的蛋白質、電解質、糖類、酶類及微量元素等作為精子重要的生存和活動的物質基礎，對精子受精能力的維持等起著關鍵性的作用，或由于某些因素導致精漿中蛋白質含量的改變，精子的活力及受精能力將會受到嚴重影響［5］。對精漿中差異蛋白質的研究分析，可以為精子的發育、運動、受精能力等相關研究提供有利線索，而且還可為男性生殖系統疾病發病機制的完善及臨床診斷和治療提供幫助。因此，充分認識精漿中的蛋白質組特征，有助于探尋導致精子活力低下的原因。

蛋白質芯片-飛行時間質譜技術是美國的Bill Hutchens和Tai Yung Yip在1993年提出的，SELDITOF-MS技術將芯片技術和質譜技術相結合，在分析過程中不破壞蛋白質的結構，是一種集蛋白質樣品處理、檢測及統計分析于一體的具有高度并行性、微型化、高通量、自動化的檢測工具［6］。它彌補了二維電泳對低峰度、重復性差、低溶解度、低通量、操作復雜、小分子量蛋白質和極大分子質量蛋白質無法鑒別的不足，SELDI-TOF-MS鑒定蛋白快速而準確，不需要對樣本中的蛋白質進行提純，可以直接對樣本進行分析，檢測樣本需要量少，可以對多樣本同時進行檢測，進一步提高了蛋白質分離和鑒定蛋白質功能的速度。目前，蛋白質芯片-飛行時間質譜技術已應用于臨床研究，并且收到較好的效果，蛋白質組學組織利用質譜技術對人類體液中的精漿、尿液、眼淚進行檢測，檢測出精漿中含有1303 種蛋白質，通過質譜鑒定發現精漿、尿液、眼淚中約有190 種蛋白質相同［7］。

在對弱精子癥的研究方面，SELDI-TOF-MS技術也初步展現出良好的應用前景。2006年楊歡等應用SAX-2和H4蛋白質芯片結合質譜技術檢測少精子癥患者的精漿，并與正常健康生育男性的精漿進行對比，發現了一種M/Z為11022.9的蛋白質在少精子癥患者精漿中含量明顯降低，M/Z為16751.6的蛋白質峰明顯增高［8］。有研究者通過分析不育男性的精子膜蛋白組成，發現了一條78KD的精子蛋白，利用精子蛋白及其抗體區別異常的精子，在臨床過程中診斷男性不育［9］。Liu等應用SELDI-TOF-MS技術分析了年輕及年老弱精子癥患者精液中PATE1蛋白質的差異性，并認為PATE1蛋白是進一步探索弱精子癥的靶蛋白［10］。

我們采用SELDI-TOF-MS技術及選用H50蛋白質芯片對弱精子癥患者和正常男性精漿蛋白質進行檢測，建立弱精子癥（RJ）組與正常（N）組的精漿差異蛋白指紋圖譜及差異蛋白凝膠狀示意圖，并發掘精漿中與弱精子癥精子發育、成熟、活力密切相關的蛋白質標志物。結果證實弱精子癥組與正常組相比精漿中存在著差異蛋白質，捕獲到的差異蛋白質數有11種，有3種M/Z為1247.54、1673.51、11158.2的蛋白質含量高于正常組，其中M/Z為1673.51的蛋白質有顯著差異性（P＜0.01）；其余8種差異蛋白質的含量均低于正常組，其中M/Z為7867.33的蛋白質有顯著差異性（P＜0.01），說明精漿中這些蛋白質的含量變化很可能與弱精子癥的發病機制存在著重要的相關性。其他學者也利用SELDI-TOF-MS技術發現了弱精子癥患者和正常男性精漿蛋白質中一些差異蛋白質，這些實驗結果均有助于擴充蛋白質數據庫,有助于對其發病機制的進一步調查［11］。

通過蛋白質芯片的大規模檢測，可以從弱精子癥患者的精漿中尋找到微量差異蛋白質的變化，差異蛋白質組成的精漿蛋白質指紋圖譜的特征性變化為尋找弱精子癥的病因提供了線索，使用SELDI-TOF-MS技術進行精漿中蛋白質的檢測是非常好的選擇，為我們對精漿蛋白質的研究提供了一個強有力的工具。

但是，因為SELDI-TOF-MS測得的是該種差異蛋白的質荷比 ，該技術由于還不能直接給出差異蛋白質的結構和生物學功能等信息，故無法明確具體蛋白質信息。對所測得的差異蛋白進行分離研究，并搜索相關數據庫能夠了解該差異蛋白質的結構和生物學功能，可以闡明該種差異蛋白的生物功能本質，才能最終闡明弱精子癥的發病機制，并可望對于弱精子癥的診斷和治療提供新的思路。

1 Fisher JR, Hammarberg K. Psychological and social aspects of infertility in men： an overview of the evidence and implications for psychologically informed clinical care and future research. Asian J Androl 2012； 14（1）： 121-129

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3 Martini AC, Tissera A, Estofán D, et al. Overweight and seminal quality： a study of 794 patients. Fertil Steril 2010；94（5）： 1739-1743

4 Jaiswal D, Sah R, Agrawal NK, et al. Combined effect of GSTT1 and GSTM1 polymorphisms on human male infertility in north Indian population. Reprod Sci 2012；19（3）： 312-316

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6 Ricolleau G, Charbonnel C, Lode L, et al. Surfaceenhanced laser desorption/ionization time of fi ight mass spectrometry profi ling identifi es ubiquitin and ferritin light chain as prognostic in node-negative breast cancer tumors. Proteomics 2006； 6（6）： 1963-1975

7 Schmidt A, Aebersold R. High-accuracy proteom maps of human body fi uids. Genome Biol 2006； 7（11）：242

8 楊歡, 張杰, 張煒, 等. 利用H4和SAX-2蛋白質芯片技術篩查少精子癥患者精漿標志物. 中華男科學雜志2006； 12（1）： 39-42

9 Starita-Geribaldi M, Poggioli S, Zucchini M, et al. Mapping of seminal plasma proteins by two-dimensional gel electrophoresis in men with normal and impaired spermatogenesis. Mol Hum Reprod 2001； 7（8）： 715-722

10 Liu FJ, Liu X, Han JL, et al. Aged men share the sperm protein PATE1 defect with young asthenozoospermia patients. Hum Reprod 2015； 30（4）： 861-869

11 Shen S, Wang J, Liang J, et al. Comparative proteomic study between human normal motility sperm and idiopathic asthenozoospermia. World J Urol 2013； 31（6）：1395-1401

（2015-08-08收稿）

Differential protein profile analysis in seminal plasma of asthenospermia patients by SELDI-TOF-MS

Xu Jianxin1, Zhu Tao1, Lv Shengqi2, Fang Dengpan1
1. Department of Urology,Affi liated Hospital of JiangHan University, Wuhan 430015, China；2. Department of Urology, Renmin Hospital of Wuhan University

Objective To comparatively analyze differential protein profiles in seminal plasma between asthenospermia patients and normal fertility men, and fi nd out asthenospermia associated proteins. Methods Semen samples of 36 asthenospermia patients and 28 subjects with normal fertility were collected. Seminal plasma were further obtained by centrifugation. Protein profile of seminal plasma was detected by the H50 protein chip and surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-fi ight mass spectrometry. Results A total of 239 protein peaks with 1000-50000 Da were identifi ed, and 11 protein peaks showed signifi cant expression differences between asthenospermia patients and the healthy fertile males（P＜0.05）, of which 8 were downregulated compared with that of the healthy controls, the protein peak with M/Z 7867.33 had extremely signifi cant difference（P＜0.01）. Another 3 differentially expressed proteins with M/Z 1247.54,1673.51 and 11158.2 were obviously upregulated compared with that of healthy control, of which protein peak with M/Z 1673.51 had extremely signifi cant difference（P＜0.01）. Conclusion Protein profi les of seminal plasma of asthenospermia patients were signifi cantly different from those of normal fertility, and some down-regulated proteins might be correlated with the damage of sperm motility. This study is helpful for the etiology analysis and biomarks discovery of asthenospermia.

asthenozoospermia； semen； protein array analysis； different proteins

10.3969/j.issn.1008-0848.2015.10.003

R 698.2