蛋白質組學在高血壓研究中的應用進展

孫嬌，藏穎穎，劉清國

(北京中醫藥大學針灸推拿學院，北京 100029)

近年來，蛋白質組學技術不僅在各領域廣泛應用，也成為醫學研究的常用方法。蛋白質組學技術可以實現上萬種蛋白質表達的一次性鑒定，揭示蛋白質參與生命活動的作用[1]。通過比較正常個體及病理個體間的蛋白質組找到某些“疾病特異性的蛋白質分子”，從而分析疾病的發生機制。高血壓是臨床常見的全球高發的慢性疾病，長期高血壓可引發心、腦、腎重要靶器官的損傷，是心腦血管疾病的重要病因和危險因素，已成為世界范圍內的重大公共衛生問題，但其發病原因及發病機制尚未完全清楚[2-3]。而蛋白質組學技術具有高靈敏、高精確性的特點，既可發現相關疾病的病因標志物，又可探討潛在發病機制[4]。因此，從蛋白質組學入手，研究高血壓相關的目標蛋白，并進一步揭示這些蛋白質相互作用的生物學途徑和深層機制，對闡明高血壓的發病機制具有重要意義。現從蛋白質組學的原理及特點、蛋白質組學在高血壓病理機制中的研究及高血壓治療中的應用等方面進行綜述，以為未來高血壓相關研究提供理論依據。

1 蛋白質組學的原理和特點

蛋白質組學集中于動態描述基因調節，對基因表達的蛋白質水平進行定量測定，從而鑒定疾病、藥物對生命過程的影響，以及解釋基因表達調控的機制[5]。目前，蛋白質組學技術主要有雙向凝膠電泳技術、等電聚焦、生物質譜、飛行時間質譜、高效液相色譜技術及同位素標記親和標簽技術等，采用NRDB和dbEST數據庫可對蛋白質鑒定結果、蛋白質的亞細胞定位、蛋白質在不同條件下的表達水平等信息進行統計[6]。

蛋白質組學技術致力于研究細胞、組織、器官、個體、某一物種在特定條件、時間表達的全部蛋白質圖譜，以期全面、整體地認識細胞代謝、疾病發生等過程。其動態性、復雜性、整體性、穩定性對揭示疾病的證候本質有巨大優勢。蛋白質組學是以蛋白質為對象，研究生物體蛋白質組成及變化規律的科學，近年來已成為醫學研究不同領域的重要工具，用于早期疾病檢測、評估治療反應和闡明潛在的病理生理機制。盡管大多數高血壓患者的治療方法相似，但其致病原因復雜。蛋白質組學對基因“蛋白質”的“下游”產物的研究有助于深入探討高血壓發病機制[7]。

2 蛋白質組學在高血壓病理機制中的研究

高血壓病因復雜，其發病機制尚待證實，病理過程涉及免疫、炎癥、代謝和神經內分泌等方面[8]，而蛋白質組學在高血壓的臨床診斷、篩查以及治療方面起重要作用，為高血壓的研究提供了一個新的平臺與方法。因此，運用蛋白質組學技術對高血壓機體內在蛋白質種類和豐度等進行研究，可從分子水平上準確闡述高血壓病理狀態下某些蛋白質的細微改變，從而分析高血壓的發病機制[9]。

2.1蛋白質組學在高血壓動物模型中的應用 近年來，自發性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rats，SHR)成為最常用的高血壓動物實驗模型。SHR是選擇性近親交配20代而獲得的具有穩定高血壓的大鼠品種，發病率為100%。SHR的血壓升高由多基因遺傳決定，與人類高血壓十分類似，是研究高血壓發病機制較為理想的動物模型[10]。目前，該模型已被用于檢測一系列高血壓相關的蛋白質組。如Jin等[11]用二維凝膠電泳結合基質輔助激光解吸電離-飛行時間串聯質譜檢測SHR和WKY(Wistar-Kyoto)大鼠左心室心肌中的蛋白質表達，發現13種蛋白質在高血壓前期出現顯著變化，這些蛋白質作用于氧化應激和細胞能量代謝過程，表明心臟肥大與氧化應激反應有關。Hatziioanou等[12]利用二維凝膠電泳蛋白質組學方法對SHR和WKY大鼠的腎實質進行研究，發現在高血壓發展早期，近端腎小管中氯離子細胞內通道蛋白4過表達，表明氯離子細胞內通道蛋白4可能是檢測高血壓腎硬化發展過程中腎小管改變的一個有用早期標志物。此外，SHR還可用于研究物理干預對蛋白質組學的影響，Feng等[13]對SHR和WKY大鼠進行了為期6周的無負荷游泳訓練，發現SHR血壓顯著降低。隨后，他們又通過液相色譜-質譜聯用對運動訓練和非運動組SHR的主動脈進行蛋白質組學分析，結果顯示與非運動組相比，運動訓練組SHR的9種差異蛋白顯著表達，其中5種表達上調，4種表達下調，從而使血壓下降。可見，蛋白質組學技術可成功應用于SHR模型的相關研究，以分析高血壓的病理機制。

此外，在高血壓研究中還有非自發性高血壓動物模型，如高血壓的血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)輸注模型。高血壓是動脈血栓形成的危險因素，Gebhard等[14]對血小板蛋白質組進行了研究，通過對Fisher大鼠注射加壓劑量AngⅡ[450 ng/(kg·min)]14 d進行造模。在分離純化的血小板中，測定了45種與高血壓相關的蛋白質，結果發現所有蛋白質在AngⅡ戒斷后10 d內正常化，動物恢復正常。故認為，這些蛋白質可能是監測血壓的有用生物標志物。Gao等[15]使用AngⅡ輸注模型驗證中樞Ga12/Gaq蛋白信號通路在高血壓發展中的作用，發現Ga12/Gaq不僅在AngⅡ給藥后的升壓反應中起重要作用，還可參與交感神經興奮性的調控。AngⅡ是導致血壓升高的關鍵因素，因此通過AngⅡ輸注造模，再結合蛋白質組學方法檢測相關蛋白表達，可靶向驗證由AngⅡ所導致的高血壓引起的蛋白改變，以更加準確地闡述高血壓的病理機制。

可見，蛋白質組學在高血壓模型中的應用主要有自發性高血壓動物模型和人工造模兩類，運用模型可直接驗證高血壓相關蛋白的表達，并結合相應蛋白的功能分析高血壓的病理機制。

2.2蛋白質組學在高血壓并發癥中的應用 高血壓能顯著增加腦卒中、慢性心力衰竭、腎功能損害等疾病的發生風險，是導致心腦血管事件的首要危險因素，嚴重威脅人類的身體健康和生命安全[16]。因此，高血壓治療過程中應密切關注心、腦、腎等器官的損傷情況，及時給予相應保護措施。近年來，對于高血壓并發癥的研究越來越廣泛，蛋白質組學技術也被應用于高血壓靶器官損傷的研究。

2.2.1高血壓性心臟病(hypertensive heart disease，HHD) HHD的發病率逐年上升，血壓升高可導致動脈粥樣硬化、血管阻塞、心肌缺血和缺氧，嚴重威脅人類生命健康[17]。HHD發病早期，患者癥狀不明顯，容易錯過治療時機。因此，了解HHD發病機制并及早控制血壓是治療關鍵。如劉尊忠[18]利用蛋白質組學方法，對無高血壓、單純高血壓及HHD患者的心肌組織蛋白進行全面篩查,尋找與高血壓和HHD相關的差異性蛋白。結果發現，與無高血壓組、單純高血壓組相比，HHD組患者出現差異蛋白的變化，且涉及氧化應激、能量代謝等過程，為高血壓和HHD的研究提供新方向。此外，在高血壓左心室肥大的研究中，壓力和應激超載導致轉錄組調節和觸發心臟蛋白質組的變化，且隨著作用時間的延長可引起左心室肥大和心力衰竭[19]。高血壓應激反應可激活AngⅡ表達，AngⅡ進一步調節骨骼β-肌動蛋白、β-肌球蛋白重鏈、心鈉素和纖連蛋白的表達，促進心臟表型重塑和肥大，引起心肌肥厚[20]。另外，高血壓左心室肥大臨床多見，蛋白質組學技術可以精確測定與該病密切相關的蛋白變化，為該病的靶向治療提供依據。同時，高血壓還可引起心房損傷，常見的有心房纖維化和心房顫動，研究發現轉化生長因子-β1介導的信號通路與心臟纖維化和心房顫動密切相關，故抑制轉化生長因子-β1表達，可以有效減輕心房損傷[21]。因此，蛋白質組學在HHD中的應用包含HHD病理過程中心臟結構、功能的相關研究，且通過對目標靶蛋白進行干預可以起到保護心臟的作用。由此可見，蛋白質組學在HHD診斷和預防的研究中發揮了重要作用。

2.2.2高血壓腎損傷 高血壓早期大多沒有典型的癥狀，當疾病持續進展時可出現頭暈、心悸以及肢體麻木等表現，最終引起腎臟的繼發性損傷，嚴重影響患者的生活質量以及健康，因此研究高效的針對高血壓腎損害的檢測方法并進行及時干預和治療具有重要的臨床意義[22]。而蛋白質組學方法可以靈敏檢測高血壓腎損傷早期病變的蛋白變化，為該病的預防及治療提供思路。研究發現，SHR從高血壓前狀態向高血壓狀態的轉變伴隨腎臟中基因表達的差異改變，在3周齡和9周齡SHR中可溶性環氧化物水解酶明顯上調，而可溶性環氧化物水解酶主要定位于平滑肌動脈壁層，與維持血管動態平衡有關，故初步判斷該蛋白可引起腎臟結構損傷[23]。由此可知，高血壓前期就已出現腎損害的風險，且伴隨腎臟器質性惡變的可能，因此在治療高血壓的同時應注重保護腎功能。Finne等[24]采用兩腎一夾大鼠實驗模型研究腎小管組織管狀蛋白質組的變化，發現輕度高血壓腎損傷的腎小管組織出現廣泛的病理性蛋白質表達上調，且與進行性腎損傷相關的通路有關聯。因此，蛋白質組學技術可發現形態上還不可見的管狀損傷中的早期損傷標志物。此外，在高血壓腎纖維化的研究中，骨膜素蛋白可導致炎癥和腎纖維化，造成高血壓腎損傷，成為目前高血壓腎損傷的治療靶點[25]。柳婷婷[26]在高血壓腎損害的研究中發現，Rap1蛋白通路不僅在高血壓合并腎功能不全中出現特異性表達，還可導致腎小管間質的損傷。可見，高血壓腎損傷涉及功能性和器質性的變化，高血壓前期主要以腎血管損傷為主，中后期出現腎小管損傷和腎纖維化，嚴重影響腎臟功能。而蛋白質組學運用于高血壓腎損傷研究中，為高血壓腎損傷發現靶向表達的病理性蛋白提供技術支持，從而為高血壓腎損傷的早期診斷和治療提供科學依據。

2.2.3高血壓腦損傷 高血壓腦病(hypertensive encephalopathy，HE)是內科較為常見的急癥，常因急劇的血壓升高而誘發，多發生在重癥高血壓患者中，是一種發展迅速，以癥狀、體征無明確神經定位為特點的臨床綜合征，嚴重危害人類生命[27]。目前，HE多在相關癥狀出現后治療，甚至出現延誤治療而危及生命。因此，在控制血壓的同時應當重視HE的發生，及早給予干預。如劉盛澤等[28]對高血壓腦出血患者手術前后的腦脊液蛋白質譜進行分析，發現手術前后的腦脊液蛋白質表達比較差異有統計學意義，這些蛋白可作為區分術前、術后患者腦脊液差異蛋白的檢測指標，其中Salusin-α有降低血壓、參與細胞內鈣信號轉導、促進細胞增生等生物學效應，可能是高血壓腦出血的分子標志。楊楚[29]對易腦卒中型SHR與SHR腦組織蛋白表達進行研究，發現兩類模型腦卒中發生率與發生時間有很大不同，兩種模型腦組織蛋白在代謝酶、氧化應激蛋白、信號轉導分子等的表達上存在差異，因此利用該研究中的差異蛋白可為高血壓腦卒中的預防提供依據。此外，HE伴有多腦區的腦損傷病變，蛋白質組學技術可宏觀監測高血壓發展中各中樞腦區的差異蛋白變化，進而分析腦損傷的深層機制。如有研究對SHR下丘腦中的差異蛋白進行分析，發現相關蛋白與氧化應激、神經元的增殖和分化及血管內皮功能等有關[30]；而SHR小腦中的差異蛋白主要與能量代謝、神經再生及過氧化物表達有關[31]。這些差異蛋白在HE腦損傷中發揮了重要作用。由此可知，蛋白質組學方法可用于鑒定HE及腦區的特異性蛋白，在防止腦損傷及治療已出現的HE中發揮重要作用。

2.3蛋白質組學在高血壓體液研究中的應用 體液中的蛋白質來源于與其密切接觸的組織或細胞的分泌，體液蛋白質組的變化能反映這些組織的生理或病理改變，因此以尋找疾病相關生物標志物為主要目標的比較蛋白質組學是蛋白質組學研究的核心內容之一。在高血壓的研究中可利用血漿、尿液等體液蛋白質組學方法探究高血壓的發病機制。

血漿蛋白質組學可以靈敏檢測疾病下游產物的表達，Gajjala等[32]進行了高血壓患者血漿的蛋白質組學研究，發現與非高血壓患者相比，高血壓患者血漿中檢測到27個分子決定簇的差異性表達，并使用27個分子決定簇基于血漿肽譜差異開發了蛋白質組學模型，通過質譜分析，鑒定出18個與高血壓相關的決定簇，其中涉及的蛋白質經過分析得到三大類，分別為高血壓病理產物、降壓機制相關蛋白及降壓治療相關蛋白。血漿蛋白信息豐富，可用于檢測機體在疾病狀態下細胞中分泌或丟失的蛋白質，尤其在肺動脈高壓研究中得到廣泛應用[33]。Rhodes等[34]測量和驗證了與特發性或遺傳性肺動脈高壓患者生存相關的血漿蛋白質水平，其中9種循環蛋白的組合可識別具有高死亡風險的肺動脈高壓患者，獨立于現有的臨床評估，可用于臨床管理和新療法的評估中。

蛋白尿是高血壓個體中心血管風險和腎損害的指標。其中，抑制腎素-血管緊張素系統可促進血壓控制并防止新發性白蛋白尿的發展。然而，盡管有腎素-血管緊張素系統阻滯，仍有大量患者發生蛋白尿，可見高血壓蛋白尿生理病理機制尚未得到充分研究。Gonzalez-Calero等[35]研究了有白蛋白尿高血壓患者的外泌體蛋白變化，發現21種蛋白質在3個主要功能簇(糖胺聚糖降解過程、凝血和補體系統以及氧化應激)中相互作用。以此鑒定出的蛋白質構成藥物開發的潛在靶標，并可能有助于確定治療策略。此外，尿蛋白質組學還可用于驗證高血壓藥物的治療效應，Lindhardt等[36]運用尿蛋白質組學分類器對經螺內酯治療的患者蛋白尿情況進行研究，發現尿蛋白質組學分類器可以識別出經螺內酯治療后尿蛋白降低的患者，表明尿蛋白質組學可以預測高血壓腎病的發生和進展。

綜上可知，體液蛋白質組學的研究結果能直觀反映高血壓臨床指征，不僅可以鑒定高血壓的發病機制，有些研究還涉及高血壓的診斷和預后，成為現代研究的重要方法之一。

3 蛋白質組學在高血壓治療中的應用

目前，高血壓主要以降壓藥治療為主，臨床分為六大類，即利尿劑、β受體阻滯劑、α受體阻滯劑、血管緊張素轉換酶抑制劑、AngⅡ受體阻滯劑和鈣拮抗劑。降壓藥存在諸多不良反應[37]，故中藥和針刺等中醫療法逐漸用于高血壓的治療，但具體降壓機制還在研究中[38-39]。

蛋白質組學在高血壓治療中廣泛運用。Martin-Lorenzo等[40]用液相色譜技術和蛋白質定量方法分析發現，高血壓患者螺內酯給藥前后尿液中血清觸珠蛋白表達比較差異有統計學意義，且其表達隨血壓降低而減少；并進行蛋白質富集分析發現，觸珠蛋白通過作用于氧化應激和慢性炎癥反應過程而起到降壓作用，提示螺內酯引起降壓反應可能與觸珠蛋白功能相關，這為臨床螺內酯的使用提供了科學依據。栗源等[41]分析半夏白術天麻湯、地黃飲子和天麻鉤藤飲對不同證型SHR的腎臟蛋白表達譜的作用特點，結果發現血壓升高初期，天麻鉤藤飲降壓效果顯著，而血壓穩定并保持較高水平時，半夏白術天麻湯和地黃飲子降壓效果優于天麻鉤藤飲。該研究表明，利用蛋白質組學技術可以明確血壓不同階段的最佳用藥，為臨床治療高血壓提供依據。羅曉舟[42]運用蛋白質組學研究針刺太沖、太溪穴后SHR下丘腦蛋白表達的差異，發現針刺可下調下丘腦外周蛋白，這些外周蛋白與減少神經細胞凋亡、降低神經毒性、改善內皮功能障礙及調整神經系統自身免疫性損傷有關，初步推測針刺可以通過上述作用起到降壓作用。可見，蛋白質組學已經運用到各類高血壓治療方法中，為驗證中西醫治療高血壓的機制、優化高血壓治療方案提供研究基礎。

4 小 結

蛋白質是生命活動的執行者，隨著機體病理改變而產生應答，且在疾病各階段差異表達。為研究生命活動、疾病發生發展規律提供新思路[1]。蛋白質組學廣泛應用于高血壓各類研究中，從不同層次闡述了高血壓的病理機制、治療機制。高血壓不同階段、不同靶器官的差異性蛋白表達說明高血壓致病機制復雜多樣，而不同治療使機體出現不同蛋白應答，起到降壓效果。因此，蛋白質組學可應用于高血壓相關的各類研究中，為科研工作提供有力的技術支持。

此外，雖然高血壓蛋白質組學研究取得了階段性進展，但仍存在一些問題：①蛋白質組學是動態監測疾病不同階段的蛋白變化，而大部分實驗研究時間有限，只能在限定時間內進行，不能全程監測蛋白變化；②高血壓致病機制復雜，蛋白質組學不僅從蛋白表達角度說明高血壓相關機制，還應結合其他研究方法，系統探討高血壓致病機制。因此，未來可通過檢測高血壓不同階段相關蛋白的表達，并分析目標蛋白的致病機制，以找到靶向治療高血壓的方法。