楊 光,何浩強(qiáng),諶子諾,周思遠(yuǎn),王 階**
(1.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院 北京 100053;2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院 北京 100029)
冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病是冠狀動(dòng)脈出現(xiàn)狹窄、阻塞,引起心肌缺血、缺氧的心臟病。穩(wěn)定性冠心病是冠心病的慢性階段,臨床表現(xiàn)為間斷發(fā)作的心絞痛或心肌缺血癥狀,威脅著患者的生活質(zhì)量和遠(yuǎn)期預(yù)后[1,2]。穩(wěn)定性冠心病的管理以生活方式干預(yù),強(qiáng)化藥物治療和減少危險(xiǎn)因素為主[3]。但即使經(jīng)過(guò)有效管理,有些患者仍會(huì)出現(xiàn)心肌缺血癥狀。經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療可降低心絞痛的發(fā)作次數(shù),但會(huì)引起5%至10%的再狹窄風(fēng)險(xiǎn),且難以改善心血管遠(yuǎn)期預(yù)后[4-5]。以上問(wèn)題表明,冠心病需要開(kāi)發(fā)新的個(gè)體化治療策略,來(lái)改善療效和預(yù)后。中醫(yī)藥通過(guò)個(gè)體化施治,能夠顯著降低心絞痛發(fā)作的次數(shù)和程度,并改善血栓形成相關(guān)指標(biāo)和患者的生活質(zhì)量[6,7]。血瘀證是冠心病的主要證候之一,也是證候生物學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域,已經(jīng)在DNA、RNA、蛋白質(zhì)、代謝物等多個(gè)層面展開(kāi)探索,并取得了階段性成果,挖掘出許多與證候相關(guān)的標(biāo)志物分子[8-11]。蛋白質(zhì)是機(jī)體生物學(xué)功能的執(zhí)行者,與中醫(yī)證候具有許多相似點(diǎn)與聯(lián)系,兩者都是機(jī)體即時(shí)功能狀態(tài)的反映,挖掘蛋白質(zhì)組有利于從表層原因?qū)用嫣骄孔C候的微觀物質(zhì)基礎(chǔ)[12]。非數(shù)據(jù)依賴性采集模式(data independent acquisition,DIA)作為一種新的譜圖采集模式,將質(zhì)譜的全掃描范圍分為若干個(gè)窗口,然后對(duì)每個(gè)窗口中的所有離子進(jìn)行檢測(cè)、碎裂,從而無(wú)遺漏、無(wú)差異地獲得樣本中所有離子的信息。能夠降低樣本檢測(cè)的缺失值,同時(shí)提高定量準(zhǔn)確性和重復(fù)性[13]。有鑒于此,本研究采用DIA定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)方法,篩選冠心病血瘀證的特征性差異蛋白,探索其關(guān)鍵生物學(xué)過(guò)程,為中醫(yī)證候的客觀化研究與冠心病個(gè)體化治療提供依據(jù)。
本研究中,疾病觀察組納入5例穩(wěn)定性冠心病血瘀證患者,病例收集于廣安門醫(yī)院門診及病房。對(duì)照組納入5例健康成人,健康受試者來(lái)源于在校研究生,收集于2020年11月至2021年1月。穩(wěn)定性冠心病診斷標(biāo)準(zhǔn)參照2018年中華醫(yī)學(xué)會(huì)心血管病學(xué)分會(huì)發(fā)布的《穩(wěn)定性冠心病診斷與治療指南》,主要包括慢性穩(wěn)定性型心絞痛和急性冠脈綜合征之后的穩(wěn)定期階段[14]。血瘀證診斷標(biāo)準(zhǔn)參照2018年中華中醫(yī)藥學(xué)會(huì)發(fā)布的《冠心病心絞痛證候要素診斷標(biāo)準(zhǔn)》,證候要素得分相加≥8分即可診斷[15]。納入標(biāo)準(zhǔn):①符合穩(wěn)定性冠心病的疾病診斷及血瘀證的證候診斷;②年齡在30-75歲之間;③自愿參加并簽署知情同意書。
血漿去高豐度蛋白試劑盒(小柱子)ThermoFisher批號(hào)85165;血漿去高豐度蛋白試劑盒(大柱子)Millipore批號(hào) 122642;SDS裂解液 碧云天 批號(hào)P0013G;BCA試劑盒ThermoScientific批號(hào)23227;磷酸 國(guó)藥 批號(hào)10 015418;胰酶 華利世 批號(hào)HLS TRY001C;無(wú)水乙醇GENERALREAGENT批號(hào)G73537B;異丙醇GENERALREAGENT批號(hào)G75885B;TiO2島津5020-75000;丙酮 沃凱 批號(hào)40 064485;iRT Biognosys批號(hào)Ki-3002-2;Q Exactive HF質(zhì)譜儀ThermoFisher;臺(tái)式冷凍離心機(jī) 上海盧湘儀 批號(hào)TGL-16A;酶標(biāo)儀 上海科華實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有限公司 批號(hào)ST-360;高pH分離液相色譜儀Agilent 1100 series;96孔SPE除鹽柱ThermoFisher批號(hào)60309-001。
①采集研究對(duì)象的空腹靜脈血后分裝于2 ml乙二胺四乙酸抗凝管內(nèi)。在4℃3000 rpm/分鐘條件下離心15分鐘,取上清液,分裝于微型離心管中。②采用白蛋白/IgG去除試劑盒去除高豐度蛋白。每個(gè)樣品取40 μL血漿,用結(jié)合緩沖液十倍稀釋血漿。③準(zhǔn)備好分離柱后,加入稀釋的樣本,讓其靠重力流過(guò)柱體,就初步實(shí)現(xiàn)了高豐度蛋白的去除。之后兩次加入緩沖液清洗柱體。④在樣本中加入300μl SDS裂解液,將溶液在室溫下12000×g離心10 min,取上清,再重復(fù)離心后取上清獲得樣品的總蛋白溶液。
①按照二辛可寧酸試劑盒說(shuō)明書,根據(jù)buffer A:Buffer B=50∶1配置顯色液。②取出部分待測(cè)蛋白溶液,加超純水進(jìn)行稀釋。③準(zhǔn)備一個(gè)干凈的96孔板,加入如下梯度的標(biāo)準(zhǔn)蛋白溶液:0、1、2、4、8、12、16、20μg/μL,然后每個(gè)孔加入相應(yīng)體積的超純水補(bǔ)充體積至20μL。④將2μL待測(cè)蛋白溶液加入96孔板,每個(gè)樣品設(shè)置三個(gè)復(fù)孔,同樣補(bǔ)充體積至20 μL。⑤各孔內(nèi)加入200 μL預(yù)配制的顯色液,37℃反應(yīng)30 min。⑥使用酶標(biāo)儀進(jìn)行吸光度值測(cè)定,計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線,代入待測(cè)樣品的吸光度值,計(jì)算出蛋白濃度。
將蛋白樣品還原并烷基化后,酶解為長(zhǎng)度適合質(zhì)譜檢測(cè)的肽段,然后去除鹽離子和其他雜質(zhì)。①根據(jù)測(cè)定的蛋白濃度,調(diào)整不同樣品到相同的濃度和體積。②在蛋白溶液中加入二硫蘇糖醇(Dithiothreitol,DTT),在55℃孵育30 min,還原蛋白中的雙硫鍵。③在冰上進(jìn)行冷卻直到達(dá)到室溫。④加入相應(yīng)體積的碘乙酰胺。⑤加入丙酮沉淀蛋白。⑥4℃,8000×g離心10分鐘收集沉淀,加入1/50樣品質(zhì)量的1mg/ml胰酶,并于37℃過(guò)夜。⑧加磷酸調(diào)PH值為3左右終止酶解反應(yīng)。⑨用200μl甲醇活化96孔SPE除鹽柱,上樣,調(diào)節(jié)真空和液滴速度。⑩用甲醇清洗2次,最終得到干燥的肽段。
質(zhì)譜進(jìn)樣前,每個(gè)樣品按照標(biāo)準(zhǔn)品:待測(cè)樣品=1∶10的體積比混合,作為內(nèi)標(biāo)。首先是液相分離,將所有酶解后的樣本取等量肽段混合,使用Agilent 1100 HPLC系統(tǒng),在pH=10的流動(dòng)相中進(jìn)行組分分離。其次是質(zhì)譜分離,高壓泵將存儲(chǔ)環(huán)中的液體推入與質(zhì)譜相連的分析柱中,流速為1 uL/min,采用30SPD方法進(jìn)行分離。離子源將肽段轉(zhuǎn)化為肽段離子,采集肽段離子的一級(jí)譜圖,并根據(jù)質(zhì)核比(m/z)篩選用于二級(jí)質(zhì)譜檢測(cè)的肽段,最終形成二級(jí)譜圖
質(zhì)譜輸出的譜圖,用理論譜圖進(jìn)行匹配。使用Spectronaut Pulsar軟件進(jìn)行搜庫(kù)與鑒定。
利用數(shù)據(jù)庫(kù)檢索得到原始數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理。若某一蛋白質(zhì)的缺失值占比≥50%,則將此蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)剔除。缺失值≤50%的蛋白用同組樣本均值填充缺失值,經(jīng)Median Normalization及l(fā)og2對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換,得到可信蛋白數(shù)據(jù)。不同組別中的可信蛋白平均值相減,得到log2FC。由log2FC可以反推得到差異倍數(shù)(FC,fold change)。采用Excel的t.test公式計(jì)算p.value。計(jì)算FC閾值在1.5水平下的差異蛋白質(zhì)表達(dá)情況,并通過(guò)R語(yǔ)言的Ggplot2包繪制火山圖進(jìn)行可視化展示。檢驗(yàn)學(xué)水準(zhǔn)設(shè)定為0.05。
根據(jù)1.8的差異蛋白質(zhì)結(jié)果進(jìn)行生物信息學(xué)分析。分析各組間差異蛋白質(zhì)對(duì)應(yīng)基因的GO功能富集及KEGG通路富集情況,利用R語(yǔ)言clusterProfiler包繪制氣泡圖。利用String數(shù)據(jù)庫(kù)得到差異蛋白質(zhì)的互作網(wǎng)絡(luò),采用Cytoscape軟件進(jìn)行優(yōu)化,并采用cytoHubba程序(MNC算法)計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)量輸出核心蛋白質(zhì)。
10例受試者的人口學(xué)資料和疾病用藥情況如表1所示。為了突出冠心病血瘀證和健康人的差異性,冠心病患者來(lái)自心血管科病房或門診,健康對(duì)照組為體檢正常的在校研究生。患者經(jīng)過(guò)門診及病房系統(tǒng)確認(rèn)冠脈狹窄>50%或植入過(guò)支架。由于疾病觀察組和對(duì)照組來(lái)自不同的人群,兩組在年齡、體重、合并疾病數(shù)量、服藥數(shù)量方面不具有可比性。

表1 受試者基線特征表
在DIA檢測(cè)的肽段中,蛋白質(zhì)的相對(duì)豐度包括五個(gè)量級(jí),載脂蛋白A-I(APOA1)表達(dá)水平最高,而鼻咽癌細(xì)胞內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(NPC2)表達(dá)水平最低(圖1)。各樣品的平均偏差和DIA數(shù)據(jù)點(diǎn)均符合標(biāo)準(zhǔn),表明該蛋白質(zhì)組定量方法準(zhǔn)確。對(duì)可信蛋白進(jìn)行樣品相關(guān)性分析,結(jié)果表明樣品之間的分組情況和重復(fù)性良好(圖2)。為了監(jiān)測(cè)液相色譜-質(zhì)譜的穩(wěn)定性和定性定量數(shù)據(jù)的可靠性,在樣品隊(duì)列中,每隔一段時(shí)間,在一定數(shù)量的樣品中插入一個(gè)質(zhì)控樣品進(jìn)行相關(guān)分析,相關(guān)系數(shù)均在0.9以上。

圖1 蛋白質(zhì)相對(duì)豐度圖

圖2 樣品相關(guān)性圖
當(dāng)FC=1.5時(shí),冠心病血瘀證組相比于健康對(duì)照組,共鑒定到22個(gè)蛋白質(zhì)下調(diào),9個(gè)蛋白質(zhì)上調(diào)(表2、圖3)。其中上調(diào)的蛋白質(zhì)包括:免疫球蛋白輕鏈λ型可變區(qū)3-25(IGLV3-25)、免疫球蛋白重鏈可變區(qū)3-23(IGHV3-23)、免疫球蛋白重鏈可變區(qū)3-43(IGHV3-43)、免疫球蛋白重鏈的恒定區(qū)域(IGHA2)、免疫球蛋白重鏈可變區(qū)3-49(IGHV3-49)、C反應(yīng)蛋白(CRP)、免疫球蛋白輕鏈λ型可變區(qū)6-57(IGLV6-57)、免疫球蛋白重鏈可變區(qū)3-9(IGHV3-9)、胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白2(IGFBP2)。下調(diào)的蛋白質(zhì)包括:免疫球蛋白輕鏈可變區(qū)1D-13(IGKV1D-13)、免疫球蛋白λ型多肽1(IGLL1)、多聚蛋白2(MMRN2)、一種內(nèi)皮細(xì)胞受體(ROBO4)、血漿絲氨酸蛋白酶抑制劑(SERPINA5)、胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白復(fù)合物亞基(IGFALS)、富含半胱氨酸酸性分泌蛋白類似蛋白1(SPARCL1)、胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白3(IGFBP3)、多泡體亞單位12B(MVB12B)、白蛋白(ALB)、L選擇素(SELL)、補(bǔ)體因子H(CFH)、補(bǔ)體因子H相關(guān)蛋白1(CFHR1)、血小板糖蛋白Ib α鏈(GP1BA)、血清血管性血友病因子裂解蛋白酶(ADAMTS1)、細(xì)胞間黏附分子2(ICAM2)、轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白(TTR)、凝溶膠蛋白(GSN)、載脂蛋白L1(APOL1)、球蛋白/維生素D結(jié)合蛋白(GC)、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白1(ECM1)、磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(PLTP)。

圖3 冠心病血瘀證組與健康對(duì)照組的差異蛋白質(zhì)表達(dá)結(jié)果

表2 冠心病血瘀證組與健康對(duì)照組的差異蛋白質(zhì)表達(dá)情況
對(duì)31個(gè)差異蛋白質(zhì)(對(duì)應(yīng)基因)進(jìn)行GO富集分析,其生物學(xué)過(guò)程及分子功能的分析結(jié)果如圖4所示。有11個(gè)基因富集在補(bǔ)體激活過(guò)程(complement activation)和體液免疫過(guò)程(humoral immune response),有10個(gè)基因富集在(細(xì)胞)吞噬過(guò)程(phagocytosis)。有9個(gè)基因富集在B細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)過(guò)程(B cell mediated immunity)。有7個(gè)基因富集在膜內(nèi)陷(plasma membrane invagination)過(guò)程(表3)。

圖4 冠心病血瘀證組與健康對(duì)照組的差異蛋白質(zhì)GO富集分析(top10)

表3 冠心病血瘀證組與健康對(duì)照組差異蛋白質(zhì)的GO富集分析
對(duì)31個(gè)差異蛋白質(zhì)(對(duì)應(yīng)基因)進(jìn)行KEGG富集分析,其通路富集的結(jié)果如圖5所示。富集到3個(gè)以上基因的信號(hào)通路有一條,為:補(bǔ)體與凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)的作用通路(complement and coagulation cascades)(如圖6所示),圖中的FH即為CFH,PCI即為SERPINA5,CFHR1/2/3/5即為CFHR1。

圖5 冠心病血瘀證組與健康對(duì)照組的差異蛋白質(zhì)KEGG富集分析

圖6 補(bǔ)體與凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)
根據(jù)蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析(圖7、圖8),排名前10的核心蛋白質(zhì)是ALB、CRP、TTR、CFH、GC、GSN、SELL、SERPINA5、GP1BA、IGFBP3。其中,ALB屬于高豐度蛋白,應(yīng)予排除。CFH基因與其他基因的互作程度較高,來(lái)源于實(shí)驗(yàn)研究與既往文獻(xiàn)報(bào)道。此外,GCTTR、ALB-TTR、ALB-CRP互作關(guān)系的綜合評(píng)分均較高。故初步推斷冠心病血瘀證的核心蛋白質(zhì)為C反應(yīng)蛋白(CRP)、轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白(TTR)、補(bǔ)體因子H(CFH)、維生素D結(jié)合蛋白(GC)等。

圖7 冠心病血瘀證差異蛋白的互作網(wǎng)絡(luò)

圖8 冠心病血瘀證的核心蛋白質(zhì)
《素問(wèn)·痹論》言“心痹者,脈不通……痹在于骨則重,在于脈則血凝而不流”。《內(nèi)經(jīng)》最早用“血凝”來(lái)描述胸痹的形成過(guò)程,提示“血瘀”是冠心病的基本病機(jī)。血瘀證是證候生物學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。當(dāng)前,血瘀證已被證明不僅與血小板結(jié)構(gòu)、血管內(nèi)皮細(xì)胞功能、動(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)因素及冠狀動(dòng)脈狹窄程度密切相關(guān)[16],在基因?qū)用嬉泊嬖谠S多調(diào)控靶點(diǎn)和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[10,11]。血瘀證相關(guān)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究始自2005年[17],既往研究大多數(shù)采用基于雙向電泳或雙向熒光差異凝膠電泳的蛋白質(zhì)膠點(diǎn)鑒定[18-20],也有少數(shù)采用基于iTRAQ或Label-free的定量蛋白質(zhì)組學(xué)測(cè)序[21,22]。這些研究發(fā)現(xiàn)了一批血瘀證相關(guān)的蛋白質(zhì)或肽鏈標(biāo)志物,為血瘀證的客觀化診斷提供了眾多分子靶標(biāo),但存在檢測(cè)技術(shù)的不足。本研究采用高通量質(zhì)譜鑒定技術(shù),結(jié)合生物信息學(xué)方法,對(duì)冠心病血瘀證的蛋白質(zhì)表達(dá)差異作進(jìn)一步分析。
在差異倍數(shù)為1.5時(shí),研究共鑒定獲得31個(gè)差異蛋白質(zhì),其中22個(gè)蛋白質(zhì)低表達(dá),9個(gè)蛋白質(zhì)高表達(dá)。其中有代表性的蛋白質(zhì)如C反應(yīng)蛋白、多種免疫球蛋白超家族表達(dá)增加,轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白、載脂蛋白L1、維生素D結(jié)合蛋白、磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、多聚蛋白2、補(bǔ)體因子H、補(bǔ)體因子H相關(guān)蛋白1等表達(dá)下調(diào),反映機(jī)體的炎癥水平增高,正常代謝及營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備下降。補(bǔ)體水平下調(diào)可能是因?yàn)槁匝装Y反應(yīng)的消耗所致。對(duì)這些差異蛋白質(zhì)進(jìn)行生物信息學(xué)分析,GO富集分析結(jié)果顯示:有11個(gè)基因富集在補(bǔ)體激活、補(bǔ)體激活經(jīng)典途徑、免疫反應(yīng)過(guò)程中。KEGG信號(hào)通路查詢確定了補(bǔ)體與凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)的信號(hào)通路。蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果表明C反應(yīng)蛋白、轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白、補(bǔ)體因子H、維生素D結(jié)合蛋白等是核心蛋白質(zhì)。由于三部分結(jié)果皆指向補(bǔ)體系統(tǒng),筆者推測(cè)冠心病血瘀證的生物學(xué)過(guò)程與補(bǔ)體參與的慢性炎癥反應(yīng)有關(guān),補(bǔ)體因子H是核心蛋白質(zhì)。
補(bǔ)體系統(tǒng)是固有免疫應(yīng)答的重要組成成分,體內(nèi)經(jīng)氧化修飾的低密度脂蛋白和膽固醇結(jié)晶等會(huì)激活補(bǔ)體系統(tǒng)參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展[23]。其中,補(bǔ)體因子H(CFH)是一種負(fù)調(diào)節(jié)因子,可以避免補(bǔ)體系統(tǒng)過(guò)度激活所致的炎癥反應(yīng),具有抗動(dòng)脈粥樣硬化作用[24]。既往多篇報(bào)道表明,補(bǔ)體因子H基因的多態(tài)性可能影響人對(duì)冠心病的傾向性,如CFH 1277CC基因型可能導(dǎo)致女性更易患冠心病,或者增加發(fā)生不穩(wěn)定心絞痛的風(fēng)險(xiǎn)[25-27]。另外,CFH抑制補(bǔ)體的活化過(guò)程,常依賴補(bǔ)體因子H相關(guān)蛋白(CFHR)的調(diào)節(jié)而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。CFHR的表達(dá)下降或缺失,會(huì)引起補(bǔ)體激活的旁路途徑發(fā)生紊亂,臨床上可導(dǎo)致IgA腎病、腫瘤等疾病[12]。本研究中,CFHR1、CFH皆屬于顯著下調(diào)的差異蛋白質(zhì),說(shuō)明了補(bǔ)體系統(tǒng)代謝紊亂與冠心病血瘀證的重要關(guān)系。GO富集分析和KEGG信號(hào)通路圖的結(jié)果也表明補(bǔ)體參與的慢性炎癥反應(yīng)是冠心病血瘀證的重要生物學(xué)過(guò)程。
有學(xué)者提出,血瘀證的生物學(xué)基礎(chǔ)研究已深入到各類炎癥因子和炎癥介質(zhì),小分子炎癥介質(zhì)有望成為探究血瘀證物質(zhì)基礎(chǔ)的新思路[28]。而目前關(guān)于補(bǔ)體系統(tǒng)與血瘀證相關(guān)性的報(bào)道較少,本研究提供了合理依據(jù),提示補(bǔ)體參與的慢性炎癥反應(yīng)可成為未來(lái)科學(xué)研究的方向,其中補(bǔ)體因子H具有成為標(biāo)志物分子的潛力。本研究也存在一些不足,例如,研究納入的樣本量較小;研究納入的患者未記錄冠脈狹窄程度,導(dǎo)致患者的信息不全;觀察組與對(duì)照組在年齡、體重等方面不具有可比性,這些因素可能成為重要的混雜因素。研究未對(duì)補(bǔ)體因子H進(jìn)行擴(kuò)大樣本量的驗(yàn)證,日后還需完善方法學(xué)設(shè)計(jì),以豐富血瘀證相關(guān)理論為目標(biāo),以明確活血化瘀藥物作用靶點(diǎn)為導(dǎo)向,系統(tǒng)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)揭示血瘀證的科學(xué)內(nèi)涵。