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   中国临床医学  2021, Vol. 28 Issue (6): 925-933      DOI: 10.12025/j.issn.1008-6358.2021.20210563
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基于两种蛋白质组学技术筛选不同分期白癜风的差异表达蛋白
李一雷1 , 高兴华2 , 杨荞榕1 , 徐欣植1 , 杨骥1 , 李明1     
1. 复旦大学附属中山医院皮肤科, 上海 200032;
2. 中国医科大学附属第一医院皮肤科, 沈阳 110001
摘要目的: 采用两种蛋白质组学技术鉴定和筛选不同分期白癜风的血清标志物,并研究其网络关系。方法: 收集白癜风稳定期和进展期以及健康人各15例的血清样本,采用双向凝胶电泳技术(2-DE)和核素标记相对和绝对定量技术(iTRAQ)对所有样本进行检测,筛选出差异表达蛋白,并用软件分析其可能作用的主要通路。结果: 通过2-DE鉴定出稳定期白癜风患者10个差异蛋白(6个上调,4个下调),进展期白癜风患者25个差异蛋白(11个上调,14个下调);iTRAQ鉴定出稳定期患者62个差异蛋白(29个上调,33个下调),进展期患者50个差异蛋白(30个上调,20个下调)。两种蛋白质组学鉴定出的相同差异蛋白包括稳定期间α-胰蛋白酶抑制剂重链H4、补体C4-A(上调);进展期补体C4-B、载脂蛋白A(下调)和间α-胰蛋白酶抑制剂重链H4(上调)。基因本体(Gene ontology,GO)注释分析示共同的差异蛋白主要参与CCKR通路、纤溶酶原激活级联通路、p53通路、趋化炎症因子调控通路等。结论: 基于2-DE与iTRAQ两种不同的蛋白质组学方法筛选出不同分期白癜风的共同差异表达蛋白,为进一步研究白癜风的发生机制奠定了基础。
关键词双向凝胶电泳技术    核素标记相对和绝对定量技术    白癜风    分期    差异蛋白    
Proteomics study of differentially expressed proteins in patients with different stages of vitiligo
LI Yi-lei1 , GAO Xing-hua2 , YANG Qiao-rong1 , XU Xin-zhi1 , YANG Ji1 , LI Ming1     
1. Department of Dermatology, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China;
2. Department of Dermatology, the First Hospital of China Medical University, Shenyang 110001, Liaoning, China
Abstract: Objective: To identify and screen serum markers in different stages of vitiligo by 2 proteomic techniques, and to explore their relationship network. Methods: Serum samples were collected from 15 patients with vitiligo in stable stage, 15 patients with vitiligo in progressive stage, and 15 healthy individuals. Two-dimensional gel electrophoresis (2-DE) and isobaric tags for relative and absolute quantification (iTRAQ) were used to detect and label all samples. Differential proteins were screened, and the relationship of pathways was analyzed by software. Results: A total of 10 differential proteins were identified by 2-DE in patients with stable vitiligo, including 6 up-regulated and 4 down-regulated proteins; 25 differential proteins were identified in patients with progressive vitiligo, including 11 up-regulated and 14 down-regulated proteins. Six-two differential proteins (29 up-regulated and 33 down-regulated) in stable patients, and 50 differential proteins (30 up-regulated and 20 down-regulated) in advanced patients were identified by iTRAQ. The same differential proteins identified by the two proteomics include α-trypsin inhibitor heavy chain H4, complement C4-A (up-regulated) at the stable stage of vitiligo, and complement C4-B, apolipoprotein A (down-regulated) and α-trypsin inhibitor heavy chain H4 (up-regulated) at the advanced stage of vitiligo. According to GO annotation, the main pathways involved in the differential proteins were CCKR, plasminogen activator, p53, chemokine regulatory pathways, etc. Conclusions: The differentially expressed proteins in different stages of vitiligo could be screened by proteomic methods of both 2-DE and iTRAQ technology, which provided a foundation for further study of the pathogenesis of vitiligo.
Key words: two-dimensional gel electrophoresis (2-DE)    isobaric tags for relative and absolute quantification (iTRAQ)    vitiligo    stage    differential proteins    

白癜风是一种获得性自身免疫系统疾病,其特征是真皮、表皮黑素细胞进行性破坏导致的原发性、局限性或泛发性累及皮肤及黏膜部位白斑。白癜风每年全球平均发病率为0.4%~2%[1],多在儿童和青少年时期发病,性别倾向相同[2]。白癜风虽然一般不危及生命,但会对患者的身心健康、学习、工作及生活等多方面产生严重的影响。白癜风的病因目前尚不清楚,但多认为是多因素导致,遗传和环境因素都参与发病。在目前已知因素中,自身免疫在白癜风的发生和发展中起关键作用,但蛋白质组学特别是小分子和血清蛋白在白癜风发病中的作用尚不清楚。白癜风因发病机制复杂、治疗困难、病情反复,至今缺乏高效、特异的靶向治疗手段,已经成为皮肤病学亟待解决的一个重要课题。

虽然功能基因组学和蛋白质组学技术在肿瘤生物学标志物筛选的应用增加,但是研究人员对参与免疫性皮肤病发生发展的基因和蛋白质模式却知之甚少。近年来,自身免疫性皮肤病(包括红斑狼疮、系统性硬化症等)中的蛋白质组学应用逐渐增多。这些研究提示,细胞因子、趋化因子和凋亡相关分子在自身免疫性疾病发病中发挥重要作用。这些研究不仅为疾病的发病机制提出了更深入的见解,而且发现了自身免疫性疾病具体的致病机制的特定基因模式[3]

本研究采用双向凝胶电泳(2-DE)与核素标记相对和绝对定量(iTRAQ)两种质谱技术筛选不同分期白癜风的差异表达蛋白,筛选出与白癜风发生、发展相关的血清蛋白标志物,进而为研究疾病复发及预后,揭示疾病进展机制提供新的方向。

1 资料与方法 1.1 一般资料

选择2016年1月至2018年6月在中国医科大学附属第一医院与2020年12月至2021年2月在复旦大学附属中山医院皮肤科诊治的30例白癜风患者为研究对象。所有患者的临床诊断和分期符合中国中西医结合学会皮肤性病专业委员会色素病学组制定并更新的《白癜风诊疗共识(2018版)》[4]中的标准,根据其白癜风疾病活动度评分(VIDA)、临床特征、同形反应(KP)、Woods灯检查结果诊断。进展期判定参考VIDA评分:最近6周内出现新皮损或原皮损扩大加4分;最近3个月内出现新皮损或原皮损扩大加3分;最近6个月内出现新皮损或原皮损扩大加2分;最近1年内出现新皮损或原皮损扩大加1分;至少1年内稳定为0分;至少1年内稳定且有自发色素再生减1分。总分>1分即为进展期,共15例;稳定期15例。

进展期男性7例、女性8例,年龄17~41岁,平均(31.20±8.47)岁;稳定期男性8例、女7例,年龄17~48岁,平均(38.93±14.00)岁;对照组为同期健康志愿者,男性6例、女性9例,年龄17~50岁,平均年龄(41.67±9.86)岁。所有患者无其他自身免疫系统疾病和肿瘤,均在取样前未接受药物治疗1个月以上。所有参与研究的患者和健康志愿者签署知情同意书。本研究经医院伦理委员会审核批准(B2021-151R2)。

1.2 去高丰度蛋白制备

清晨空腹取肘静脉血5 mL,4℃静置2 h,待自凝后,4℃、3 000 r/min离心10 min,分离血清后-80℃保存备用。吸取400 μL树脂匀浆于2.0 mL带滤柱离心管中,12 000×g离心10 min,去保存液。加入400 μL平衡液,12 000×g离心10 min以洗涤树脂,重复操作1次。缓慢滴加80 μL血清样本于树脂上,吸附10 min,12 000×g离心10 min;将收集到的样本再次滴加至树脂,吸附10 min,12 000×g离心10 min,加入100 μL平衡液洗涤树脂,1 2000×g离心10 min;合并滤液后加入4倍体积丙酮,-20℃静置过夜。将得到沉淀于4℃、1 2000×g离心20 min,去上清,晾干,-80℃保存备用。

1.3 2-DE 1.3.1 聚焦过程及凝胶图像分析

第1向等电聚焦:上样总蛋白120 μg;IPG预制胶条(24 cm,pH 4~7;Bio-Rad公司);等电聚焦仪(GE Ettan IPGphor3),程序为300 V 30 min、700 V 30 min、1 500 V 90 min、9 000 V 3 h、9 000 V 4 h,聚焦过程总电压为52 kV/h。同一样本重复聚焦3次。第2向十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAGE) 电泳:将胶条依次放入胶条平衡缓冲液Ⅰ、Ⅱ中,于低速摇床摇15 min,再转至30% SDS-PAGE上;电泳程序为S1 2 W/胶45 min、S2 17 W/胶至溴酚蓝到胶底,约4.5 h,溴酚蓝指示剂到达底部时停止电泳并银染。

凝胶经扫描仪(UMAX Powerlook 1100)扫描后,用ImageMaster 2D platinum 5.0转件(GE)分析。组内同一样本3张胶图,对其进行背景消减、均一化和匹配等分析。蛋白表达量的组间比较采用t检验,检验水准(α)为0.05;两组间蛋白质表达量相差2倍以上点为差异蛋白点。

1.3.2 质谱鉴定

切下目的差异蛋白点进行胶内蛋白质酶解,将抽提所得的肽段用ultrafleX Ⅲ TOF/TOF型质谱仪进行分析(Bruker公司)。紫外线波长为355 nm,重复频率为200 Hz,加速电压为20 000 V,最优相对分子质量分辨率为1 500。收集相对分子质量700~3 200处信号。胰酶自切峰为内标校正质谱仪。所有实验样品的质谱图均以默认模式获得。利用软件flexAnalysis(Bruker Dalton)过滤基线峰、识别信号峰;利用BioTools(Bruker Dalton)软件搜索NCBI human数据库进行匹配,获取差异表达蛋白信息,并在Gene Ontology (GO)数据库查询其分子功能。

1.4 iTRAQ 1.4.1 蛋白标记及质谱分析

使用ProteoPrep白蛋白和IgG去除试剂盒(Sigma-Aldrich公司)去除白蛋白,并使用BCA蛋白质分析试剂盒(Thermo Fisher公司)估计IgG蛋白浓度。通过iTRAQ(AB Sciex公司)LC-MS/MS分析各组的总蛋白质。蛋白质样品(100 μg)经还原、烷基化和胰蛋白酶水解,进行iTRAQ标记。所有标记的肽合并,并在真空离心机中蒸干。用Gemini NX 3u C18 110A,150 mm×2.00 mm Phenomenex柱和Gemini 3u C6 Phenyl 110A,100 mm×2.0 mm柱进行高效液相色谱法(HPLC)分析前,首先用缓冲液(NH3·H2O,pH 10)将iTRAQ标记的样品稀释至100 μL,然后用H2O(流动相A)和80%乙腈(流动相B)进行反相柱分离,流速为0.2 mL/min。使用溶剂梯度系统:0~15 min,5%~10%B;15~48 min,15%~25%B;48~60 min,25%~37%B;60~65 min,37%~95%B;65~70 min,95%B。在214 nm/280 nm处光密度监测下洗脱,每50 s收集1次组分;总共10个组分,合并后干燥。采用线性梯度法分离多肽,用质谱分析仪(Thermo Fisher公司)在350~1 800 m/z高分辨率模式下(>35 000)获得质谱,每个循环从每个质谱中选择最多20个前体进行破碎,每个前体破碎的最短累计时间为120 ms、动态排除时间为10 s。串联质谱以高灵敏度模式(分辨率>175 000)记录,并调整滚动碰撞能和iTRAQ试剂碰撞能。

1.4.2 功能注释分析

差异表达蛋白质的相互作用网络由ReactomeFIViz(一种细胞景观应用程序,用于协助生物学家进行路径丰富和基于网络的数据分析)自动构建。肽数据用ProteinPilot软件5.0及Paragon蛋白质数据库搜索算法(AB Sciex公司)进行分析。根据国际蛋白质指数人类序列数据库3.83版检索得到的LC-MS/MS。分析半胱氨酸与甲基硫代磺酸甲酯(MMTS)烷基化情况,胰蛋白酶消化最多允许1次胰蛋白酶断裂,同时用集成工具进行错误发现率(FDR)分析。基于GO,应用PANTHER软件对涉及生物过程、分子功能、细胞成分和途径富集的差异表达蛋白质进行评价,并获得相应的P值。

1.5 统计学处理

应用SPSS 19.0软件进行统计分析,蛋白表达量以x±s表示,组间比较采用t检验,差异倍数大于1.5倍(上调、下调)且P<0.05为差异有统计学意义,视为差异表达蛋白。

2 结果 2.1 2-DE 2.1.1 电泳图像结果

取120 μg蛋白上样,在pH 4~7的预制干胶条进行2-DE,获得电泳图,ImageMaster 2D platinum 5.0软件分析显示有31个蛋白点的表达丰度变化明显(P<0.05)。

2.1.2 电泳质谱分析结果

结果(表 1~表 2)显示:通过与对照组比较,在白癜风稳定期患者中得出10个差异蛋白,其中6个上调、4个下调;在白癜风进展期患者中得出25个差异蛋白,其中11个上调、14个下调。

表 1 采用2-DE筛选的白癜风稳定期的差异蛋白
蛋白名称 蛋白序列 分值 等电点 相对分子质量 差异倍数比率
激肽原-1 P01042 191 6.34 72 996 -1 000 000
补体C1q P02746 92 6.12 26 933 -1000 000
载脂蛋白E P02649 317 5.65 36 246 -2.11 918
结合珠蛋白 P00738 97 6.13 45 861 -1.51 291
转铁蛋白 P02787 113 6.81 79 280 1 000 000
抗凝血酶Ⅲ P01008 99 5.98 53 025 1 000 000
间α胰蛋白酶抑制剂重链H4 Q14624 306 6.51 103 521 2.86 546
补体C4A P0C0L4 221 6.65 194 247 2.26 642
补体C3 P01024 179 6.02 188 569 4.58 277
血清白蛋白 P02768 136 5.92 71 317 3.20 345
表 2 采用2-DE筛选的白癜风进展期的差异蛋白
蛋白名称 蛋白序列 分值 等电点 相对分子质量 差异倍数比率
铜蓝蛋白 P00450 231 5.44 122 983 -1 000 000
玻连蛋白 P04004 201 5.55 55 069 -1 000 000
激肽原-1 P01042 360 6.34 72 996 -1 000 000
补体C3 P01024 134 6.02 188 569 -1 000 000
补体C4B P0C0L5 142 6.73 194 212 -1 000 000
载脂蛋白L1 O14791 148 5.6 44 004 -1 000 000
载脂蛋白A-Ⅳ P06727 110 5.28 45 371 -1 000 000
载脂蛋白A-Ⅰ P02647 361 5.56 30 759 -1 000 000
补体C4A P0C0L4 125 6.65 194 247 -1 000 000
过氧化还原酶-6 P30041 55 6.54 25 133 -1 000 000
间α胰蛋白酶抑制剂重链H4 Q14624 199 6.51 103 521 -11.9 416
抗凝血酶Ⅲ P01008 307 6.32 53 025 -3.30 293
间α胰蛋白酶抑制剂重链 Q14624 233 6.51 103 521 -2.33 923
免疫球蛋白链C区 P01871 193 6.35 49 960 -2.0 355
激肽原-1 P01042 300 6.34 72 996 1 000 000
补体C3 P01024 290 6.02 188 569 3.31 003
间α胰蛋白酶抑制剂重链H4 Q14624 278 6.51 103 521 2.24 357
转铁蛋白 P02787 164 6.81 79 280 2.02 112
补体因子Ⅰ P05156 187 7.72 68 071 2.2 044
载脂蛋白L1 O14791 149 5.60 44 004 2.01 092
抗凝血酶Ⅲ P01008 266 6.32 53 025 1.64 382
免疫球蛋白γ4链C区 P01861 75 7.18 36 431 1.62 011
补体C4A P0C0L4 185 6.65 194 247 1.57 939
α-1B糖蛋白 P04217 256 5.58 54 809 1.59 039
铜蓝蛋白 P00450 413 5.44 122 983 1.59 452
2.2 iTRAQ质谱分析结果

结果(表 3~表 4)显示:通过与对照组比较,在稳定期患者中得出62个差异蛋白,其中29个上调、33个下调;在进展期患者中得出50个差异蛋白,其中30个上调、20个下调。

表 3 采用iTRAQ筛选的稳定期白癜风的差异蛋白
蛋白序列 蛋白名称 基因名称 相对分子质量 等电点 覆盖率 差异倍数
P05154 丝氨酸蛋白酶抑制因子 SERPINA5 45 674.14 9.30 7 10.07
B9DI82 磷脂酰磷脂酶C片段 PLCH2 134 778.10 7.64 1 5.60
A0A0B4J2B7 免疫球蛋白重链3~30片段 IGHV3-30 12 946.63 9.10 39 5.29
P01876 免疫球蛋白α1链C区 IGHA1 37 654.23 6.08 191 4.20
A0A075B6K9 免疫球蛋白λ2链C区片段 IGLC2 11 236.38 6.91 84 3.40
A0A0C4DH31 免疫球蛋白重链1~18片段 IGHV1-18 12 820.29 8.98 20 2.86
A0A075B6K4 绒毛膜促性腺激素片段 IGLV3-10 12 628.89 4.72 17 2.37
Q15485 纤维蛋白胶凝素-2 FCN2 34 000.76 6.31 9 2.59
A0A0B4J1V0 免疫球蛋白重链3~15片段 IGHV3-15 12 925.64 8.84 20 1.98
A0A0C4DH67 免疫球蛋白轻链1~8片段 IGKV1-8 12 537.18 9.21 18 1.83
A0A075B6N7 免疫球蛋白α2链C区 IGHA2 36 590.95 5.86 72 1.81
D6RF35 维生素D结合蛋白 GC 53 020.02 5.38 81 1.81
Q08380 半乳糖凝集素3结合蛋白 LGALS3BP 65 330.25 5.13 10 1.90
Q04756 肝细胞生长因子激活因子 HGFAC 70 681.11 6.99 14 1.82
P03951 凝血因子Ⅺ F11 70 108.40 8.47 8 1.75
P81605 皮离蛋白 DCD 11 283.74 6.09 1 1.51
A0A0B4J231 免疫球蛋白λ样多肽5 IGLL5 23 150.06 9.08 63 1.59
P00734 凝血酶原 F2 70 036.12 5.64 69 1.55
Q71DI3 组蛋白 HIST2H3A 15 387.84 11.27 3 1.54
A0A0G2JN06 免疫球蛋白γ2链C区片段 IGHG2 35 900.23 7.66 142 1.51
A0A0C4DH38 免疫球蛋白重链5~51片段 IGHV5-51 12 674.41 8.45 25 1.57
A0A0B4J1U2 免疫球蛋白轻链λ 7~43片段 IGLV7-43 12 450.88 6.52 5 1.57
P00747 纤溶酶原 PLG 90 568.09 7.04 94 1.51
P02766 转甲状腺素 TTR 15 886.83 5.52 23 1.58
P04196 富含组氨酸糖蛋白 HRG 59 577.63 7.09 24 1.58
A0A0C4DH68 免疫球蛋白κ链2~24片段 IGKV2-24 13 078.87 8.74 20 1.63
P01031 补体C5 C5 188 303.00 6.11 66 1.57
P14780 基质金属蛋白酶9 MMP9 78 457.32 5.69 6 1.58
P69905 血红蛋白α亚单位 HBA1 15 257.36 8.72 24 1.54
Q9P127 亮氨酸拉链蛋白4 LUZP4 35 936.42 9.47 2 -4.09
O75636 纤维蛋白胶凝素3 FCN3 32 902.61 6.20 15 -3.34
P69891 血红蛋白亚单位γ1 HBG1 16 140.27 6.64 14 -3.10
P02763 α1酸性糖蛋白1 ORM1 23 511.27 4.93 57 -2.98
P02748 补体C9 C9 63 172.73 5.43 32 -2.70
P07996 血小板反应素-1 THBS1 129 381.40 4.71 37 -2.50
P19652 α-1酸性糖蛋白2 ORM2 23 602.35 5.03 33 -2.34
P20742 PZP结构域 PZP 163 861.00 5.97 119 -2.34
P18428 脂多糖结合蛋白 LBP 53 382.97 6.23 9 -2.20
P0DJI8 血清淀粉样蛋白A1 SAA1 13 531.86 6.28 6 -2.19
Q13201 多聚蛋白1 MMRN1 138 108.60 8.15 5 -1.93
P27169 对氧磷脂酶1 PON1 39 730.81 5.08 40 -1.82
P02750 富含亮氨酸的α2糖蛋白 LRG1 38 177.44 6.45 15 -1.80
P02741 C反应蛋白 CRP 25 038.26 5.45 3 -1.72
P0C0L4 补体C4A C4A 192 783.20 6.66 219 -1.66
A0A075B6K3 免疫球蛋白λ链2~11区 IGLV2-11 12 643.88 6.69 5 -1.64
P23142 纤维蛋白-1 FBLN1 77 213.47 5.07 16 -1.58
A0A0A6YYG9 肌动蛋白相关蛋白 ARPC4-TTLL3 71 718.39 5.59 2 -1.57
Q14624 α-胰蛋白酶抑制剂重链4 ITIH4 103 356.20 6.51 110 -1.57
P01011 α1抗糜蛋白酶 SERPINA3 47 650.31 5.33 86 -1.53
Q16610 细胞外基质蛋白1 ECM1 60 673.46 6.25 12 -1.53
P04275 血管性血友病因子 VWF 309 262.00 5.29 27 -1.53
P06681 补体C2 C2 83 266.95 7.23 30 -1.52
P25311 锌α2糖蛋白 AZGP1 34 258.30 5.71 35 -1.52
E7ES19 凝血酶敏感蛋白4 THBS4 96 004.91 4.39 4 -1.50
V9GYM3 载脂蛋白A2 APOA2 14 914.10 8.43 52 -1.50
P02647 载脂蛋白A1 APOA1 30 777.44 5.56 228 -1.50
P55058 磷脂转移 PLTP 54 738.80 6.53 10 -1.50
P01009 α1抗胰蛋白酶 SERPINA1 46 735.98 5.37 240 -1.50
A0A087WXI2 免疫球蛋白Fc结合蛋白 FCGBP 445 207.00 5.16 10 -1.50
P07339 组织蛋白酶D CTSD 44 551.72 6.10 2 -1.50
Q06033 间α胰蛋白酶抑制剂重链H3 ITIH3 99 848.02 5.49 24 -1.50
P19823 间α胰蛋白酶抑制剂重链H2 ITIH2 106 462.20 6.40 90 -1.50
表 4 采用iTRAQ筛选的白癜风进展期的差异蛋白
蛋白序列 蛋白类型 基因名称 相对分子质量 等电点 覆盖率 差异倍数
A0A024R6I7 α1抗胰蛋白酶 SERPINA1 46 707.93 5.37 230 36.80
P05154 血浆丝氨酸蛋白酶抑制剂 SERPINA5 45 674.14 9.30 7 18.98
P01876 免疫球蛋白α1链C区 IGHA1 37 654.23 6.08 191 6.94
Q15485 纤维蛋白胶凝素2 FCN2 34 000.76 6.31 9 3.92
P08779 角蛋白16 KRT16 51 267.25 4.98 9 3.91
P00739 结合珠蛋白 HPR 39 029.11 6.63 100 2.96
P0C0L5 补体C4B C4B 192 749.20 6.89 220 2.96
Q04756 肝细胞生长因子激活剂 HGFAC 70 681.11 6.99 14 2.85
A0A0B4J231 免疫球蛋白λ样多肽5 IGLL5 23 150.06 9.08 63 2.85
K7ER74 载脂蛋白C4-C2 APOC4-APOC2 20 049.07 6.36 21 2.80
F5H7G1 补体C8β链 C8B 61 230.52 7.86 9 2.78
B0YIW2 载脂蛋白C3 APOC3 12 815.43 7.90 36 2.73
P01031 补体C5 C5 188 30 3.00 6.11 66 2.68
P43652 糖蛋白AFM AFM 69 068.41 5.64 46 2.66
P06396 凝溶胶蛋白 GSN 85 696.47 5.90 53 2.66
P80108 磷脂酰肌醇聚糖特异性磷脂酶D GPLD1 92 335.35 5.91 17 2.62
P04114 载脂蛋白B APOB 515 598.30 6.58 550 2.46
P08697 α2抗血浆蛋白 SERPINF2 54 565.11 5.87 29 2.44
P10909 簇蛋白 CLU 52 494.01 5.89 63 2.43
P00742 凝血因子Ⅹ F10 54 731.14 5.68 13 2.40
A0A0C4DH41 免疫球蛋白重链4~61片段 IGHV4-61 13 065.75 9.36 35 2.36
P04259 角蛋白6B KRT6B 60 066.25 8.09 10 1.98
Q12805 包含表皮生长因子的fibulin类细胞外基质蛋白1 EFEMP1 54 640.10 4.95 5 1.96
P02765 α2-HS糖蛋白 AHSG 39 324.24 5.43 72 1.73
P01011 α1抗胰凝乳蛋白酶 SERPINA3 47 650.31 5.33 86 1.72
A0A075B6K4 免疫球蛋白λ链3~10片段区 IGLV3-10 12 628.89 4.72 17 1.68
P14780 基质金属蛋白酶9 MMP9 78 457.32 5.69 6 1.66
P01019 血管紧缩素 AGT 53 153.57 5.87 32 1.62
P19827 间α胰蛋白酶抑制剂重链H1 ITIH1 101 387.90 6.31 87 1.62
A0A0C4DH68 免疫球蛋白κ链2~24区 IGKV2-24 13 078.87 8.74 20 1.59
P02647 载脂蛋白A1 APOA1 30 777.44 5.56 228 1.56
P05160 凝血因子ⅩⅢB链 F13B 75 509.92 6.01 31 1.53
Q14019 毛状样蛋白1 COTL1 15 944.79 5.54 1 -12.63
P01591 免疫球蛋白J链 JCHAIN 18 098.40 5.12 15 -5.02
A0A0B4J1X5 免疫球蛋白重链3~74区 IGHV3-74 12 839.47 8.91 104 -4.07
Q9P127 亮氨酸拉链蛋白4 LUZP4 35 936.42 9.47 2 -3.96
O43866 CD5抗原样蛋白 CD5L 38 087.45 5.28 18 -2.96
Q92820 γ谷氨酰水解酶 GGH 35 963.95 6.66 4 -2.55
A0A087WUS7 免疫球蛋白δ链C区 IGHD 42 352.35 8.38 16 -2.55
P05109 钙结合蛋白S100A8 S100A8 10 834.38 6.51 6 -2.39
P02750 富含亮氨酸的α2糖蛋白 LRG1 38 177.44 6.45 15 -2.36
Q8IVF4 动力蛋白重链10 DNAH10 514 834.70 5.64 3 -2.03
P07339 组织蛋白酶D CTSD 44 551.72 6.10 2 -2.02
P06702 钙结合蛋白S100A9 S100A9 13 241.85 5.71 4 -2.00
A0A0G2JPD4 免疫球蛋白γ4链C区 IGHG4 35 940.14 7.18 175 -2.00
Q06033 间α胰蛋白酶抑制剂重链H3 ITIH3 99 848.02 5.49 24 -1.95
P07996 凝血酶敏感蛋白1 THBS1 129 381.40 4.71 37 -1.95
P00738 结合珠蛋白 HP 45 204.78 6.13 235 -1.84
P02776 血小板因子4 PF4 10 844.83 8.93 2 -1.80
P0DJI8 血清淀粉样蛋白A1 SAA1 13 531.86 6.28 6 -1.70
P35527 角蛋白9 KRT9 62 063.62 5.14 13 -1.61
P20742 PZP结构域 PZP 163 861.00 5.97 119 -1.53
P02748 C9补体C9 C9 63 172.73 5.43 32 -1.52
2.3 2-DE和iTRAQ蛋白组学差异蛋白对比

两种方法鉴定出稳定期患者2个重合的差异蛋白,分别为间α-胰蛋白酶抑制剂重链H4、补体C4-A,表达均上调,其中间α-胰蛋白酶抑制剂重链H4差异倍数比率上调为主。鉴定出进展期患者3个重合的差异蛋白,分别为补体C4-B、载脂蛋白A-Ⅰ(下调),间α-胰蛋白酶抑制剂重链H4的差异倍数比率下调为主(下调)。

2.4 生物信息学分析

利用GO注释富集分析两种蛋白组学技术筛选的白癜风不同分期差异蛋白,显示进展期和稳定期差异蛋白存在于各种生物过程,如生物代谢、细胞凋亡、免疫共刺激、生物黏附、生物调控等。进一步用PANTHER软件分析这些蛋白在白癜风不同分期中的富集通路,结果(图 1)显示:进展期差异蛋白主要富集于CCKR通路、纤溶酶原激活级联通路、p53通路、趋化炎症因子调控通路及DNA复制;稳定期差异蛋白参与促性腺激素释放激素受体调节通路、FAS信号通路、血管紧张素Ⅱ刺激信号通路等。

图 1 白癜风稳定期(A)与进展期(B)差异蛋白富集通路
3 讨论

白癜风是一种黑素细胞被破坏所致色素脱失性免疫功能失衡性皮肤病,其发病机制尚不明确,多种致病学说共存,主要涉及遗传、自身免疫、氧化应激、细胞毒作用、黑素细胞结构及功能缺陷、神经介质、微环境紊乱等。因此,寻找新的血清蛋白质标志物有利于白癜风不同分期的病理机制研究。

本研究采用两种蛋白质组学技术对白癜风不同分期患者的血清进行差异蛋白筛选,发现与正常对照组相比,稳定期患者血清中丝氨酸蛋白酶抑制因子(SERPINA5)表达明显上调,而亮氨酸拉链蛋白4(LUZP4)、补体C9表达明显下调。其中,SERPINA5是活化蛋白C的抑制因子,其可以独立作为纤溶酶原激活剂尿激酶的抑制剂参与宿主防御及肿瘤抑制、细胞凋亡等过程[5]。通过PANTHER软件分析得出纤溶酶原激活级联通路参与白癜风稳定期发生,而激活的通路中可能有筛选出的差异表达蛋白共同参与。另外,角蛋白骨架蛋白通常在鳞状上皮组织中表达增多,本研究筛选出较多差异表达的不同序列号角蛋白,比如KRT6、KRT9,特别是进展期白癜风角蛋白Ⅰ型骨架蛋白16(KRT16)明显上调。而KRT16在银屑病、先天性厚甲中被依次报道,主要参与维持皮肤屏障功能和先天免疫相关基因表达,特别是表皮损伤相关的分子模式[6]。但认为角蛋白可能是实验过程中的混杂蛋白,暂排除不予考虑其为差异蛋白,而角蛋白是否为白癜风角质形成细胞受损导致输注黑色素细胞障碍,仍需进一步验证。

与白癫风稳定期差异蛋白不同,进展期白癜风差异蛋白除了SERPINA5、LUZP4外,丝氨酸蛋白酶家族中SERPINA1(即α1-抗胰蛋白酶)表达亦上调。SERPINA1是血液循环系统中最丰富的丝氨酸蛋白酶抑制剂,其主要作用为监测肝脏或肺脏组织中蛋白酶的平衡,但在不同疾病中发挥的抗炎和免疫调节作用不同。成人慢性阻塞性肺病患者血液中SERPINA1降低[7],而本研究显示其在白癜风进展期患者中表达明显上调,说明该蛋白在白癜风患者血清中表达上调可能通过触发急性期反应,并改变血液循环中的急性期蛋白质的合成和糖基化,发挥抗淋巴细胞、中性粒细胞、单核细胞的抗炎活性。

对差异蛋白通过GO富集软件进行白癜风相关通路排序,其中CCKR信号通路被首次发现参与白癜风进程。CCKR通路主要为APO脂代谢通路,为脂肪代谢时分泌因子通过脑迷走神经传递信号的热门研究机制[8]。不同分期白癜风患者血清中筛选出的差异载脂蛋白不同,在稳定期主要为载脂蛋白E(APOE),在进展期主要为载脂蛋白L1(APOL1)、载脂蛋白A(APOA),而APOA和APOE分别为高密度脂蛋白(HDL)的主要和次要成分。脂代谢异常可诱导循环中及系统性炎症反应。近年研究[9]发现,血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)和氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)可诱导树突细胞(DCs)免疫成熟和炎症反应。最新研究[10]发现,在白癜风病变皮肤中,DCs及其相关促炎细胞因子增加。本研究通路富集分析发现,稳定期患者中与脂质代谢相关的差异蛋白参与AngⅡ通路,但AngⅡ是否诱导白癜风患者病变皮肤中DCs及促炎因子发生聚集,从而发生免疫炎症反应,有待进一步验证。另外,本研究发现,基质金属蛋白酶9(MMP9)亦发生明显变化。最新研究[11]发现,对白癜风患者进行紫外线光疗后,p53-TRPM1/miR-211-MMP9轴激活。而p53通路参与细胞凋亡、细胞迁移及黏附。本研究发现白癜风不同分期中MMP9表达上调,且参与p53通路,进一步说明MMP9可能通过p53通路介导的黑素细胞迁移。稳定期白癜风差异蛋白富集通路还包括FAS信号通路。而最新研究[12]同样发现,FAS介导的途径参与小鼠白癜风模型中细胞毒性T淋巴细胞(CTL)依赖和诱导的人黑素细胞凋亡;有研究表明在白癜风患者病变皮肤中肿瘤坏死因子α(TNF-α)和干扰素γ(IFN-γ)表达水平升高,可以协同抑制FAS介导的凋亡。本研究筛选出的白癜风稳定期差异蛋白可能参与诱导黑色素细胞凋亡,与该作用机制相关的血清标志物有望成成为白癜风早期诊断和预后的有效指标。

本研究借助2-DE与iTRAQ两种蛋白质组学技术筛选白癜风不同分期的差异蛋白,发现SERPINA5等可能作为白癜风的潜在生物学标志物。富集通路分析发现,除了经典p53通路外,差异蛋白还富集于诱导细胞凋亡的Fas通路及参与脂质代谢的CCKR信号通路。本研究说明,应用蛋白组学能筛选出新的血清标志物及作用通路,对不同分期白癜风的病理机制研究提供新的敏感指标,然而筛选出的部分差异蛋白的差异率不一致,需要进一步深入研究,以便为白癜风患者提供有效的评估指标及预后预测指标。

利益冲突:所有作者声明不存在利益冲突。

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文章信息

引用本文
李一雷, 高兴华, 杨荞榕, 徐欣植, 杨骥, 李明. 基于两种蛋白质组学技术筛选不同分期白癜风的差异表达蛋白[J]. 中国临床医学, 2021, 28(6): 925-933.
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通信作者(Corresponding authors).
李明, Tel: 021-64041990, E-mail: li.ming@zs-hospital.sh.cn.
基金项目
国家自然科学基金青年科学基金(82003345)
Foundation item
Supported by Youth Program of National Natural Science Foundation of China (82003345)

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