脂肪組織與蛋白質(zhì)組學(xué)課程作業(yè).doc

脂肪組織與蛋白質(zhì)組學(xué)脂肪組織不僅是體內(nèi)貯存能量的主要場所，維持著機體的能量平衡。同時，脂肪組織還具有強大的內(nèi)分泌功能，能夠分泌多種激素和細胞因子，從而發(fā)揮著廣泛而重要的生物學(xué)功能。脂肪組織代謝異常則會引起一系列的重要疾病，如脂肪在機體內(nèi)過度沉積所導(dǎo)致的肥胖癥，目前已成為繼心腦血管病和癌癥之后威脅人類健康的第三大疾病。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，不少研究者嘗試直接從生命功能的執(zhí)行者蛋白質(zhì)入手，研究脂肪的形成、發(fā)育以及肥胖發(fā)生時蛋白質(zhì)種類、數(shù)量、功能的變化，進而探索脂肪組織發(fā)育的機制和相關(guān)疾病的治療策略。目前脂肪蛋白質(zhì)組學(xué)研究已取得較大的進展，其研究內(nèi)容主要包括在生理和病理條件下，脂肪組織、脂肪細胞或脂肪細胞亞細胞器中蛋白質(zhì)表達譜的建立及差異比較，以及脂肪細胞分化和脂肪代謝紊亂狀態(tài)下，差異表達蛋白的挖掘及鑒定等方面。1 脂肪組織蛋白質(zhì)組學(xué)1.1 脂肪蛋白質(zhì)組學(xué)圖譜的建立盡管脂肪組織富含大量的脂質(zhì)，蛋白質(zhì)含量相對較少，樣品制備比較困難，但在科研人員的不懈努力下，不同物種的脂肪組織蛋白質(zhì)圖譜已逐步建立。研究者通過添加羥乙基二硫化物提高了脂肪蛋白質(zhì)堿性pH區(qū)域的分辨率，第一次顯示了人類脂肪組織蛋白質(zhì)的雙向電泳圖譜。又運用熒光差異雙向電泳技術(shù) (two-dimensional difference gel electrophoresis, 2D-DIGE)分析了人的腹部脂肪組織，檢測出1840個蛋白點。后來通過在裂解液中添加硫脲的方法，極大地增加了脂肪組織蛋白質(zhì)的溶解性，提高了疏水性蛋白、高分子量蛋白和低豐度蛋白的檢出率，建立了小鼠白色脂肪組織的雙向電泳圖譜，并通過質(zhì)譜鑒定了140 個蛋白質(zhì)，這一實驗為脂肪組織在肥胖、血脂代謝障礙等代謝疾病方面的研究奠定了基礎(chǔ)。隨后，豬、牛、雞等畜禽的脂肪組織蛋白質(zhì)圖譜也逐步建立。但采用雙向電泳技術(shù)進行的蛋白質(zhì)組學(xué)分析具有一定的缺陷，主要原因是2-DE很難分析出低豐度、極酸性、極堿性的蛋白。然而，隨著2-DE技術(shù)的改進及蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，脂肪組織蛋白質(zhì)圖譜必將更加完善。1.2 脂肪組織功能蛋白質(zhì)組學(xué)1.2.1 正常生理條件下的脂肪組織功能蛋白質(zhì)組學(xué)脂肪組織分泌蛋白因子參與能量代謝、免疫和炎癥反應(yīng)、發(fā)育和生殖等生理、病理活動。通過蛋白質(zhì)組學(xué)全面分析研究這些分泌因子，有利于系統(tǒng)了解脂肪組織的功能，并為脂肪代謝紊亂的治療提供幫助。1.2.2 非正常生理條件下的脂肪組織功能蛋白質(zhì)組學(xué) 采用高通量芯片技術(shù)研究了皮下和腹部內(nèi)臟脂肪的mRNA和蛋白質(zhì)表達譜，發(fā)現(xiàn)內(nèi)臟脂肪在代謝綜合征 ( 主要包括肥胖、2 型糖尿病等 ) 的發(fā)病中起主導(dǎo)作用。因此，對代謝紊亂的脂肪組織進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，尋找其分子標(biāo)記物或者新的藥物靶點，可以為治療肥胖、2 型糖尿病提供更多幫助。2 脂肪細胞蛋白質(zhì)組學(xué)2.1 脂肪細胞分化的蛋白質(zhì)組學(xué)研究脂肪細胞是由起源于胚胎期中胚層的多能干細胞逐步分化發(fā)育而來的。在脂肪細胞分化過程中，蛋白質(zhì)的表達、修飾、種類及表達部位不斷發(fā)生變化，從而影響著細胞的功能。通過研究脂肪細胞分化過程中的蛋白質(zhì)變化，有望揭示脂肪細胞分化的機制和某些蛋白質(zhì)的功能。通過 2-DE 技術(shù)分析了人間充質(zhì)干細胞向脂肪細胞分化過程中的差異表達蛋白，發(fā)現(xiàn) 32個蛋白表達水平不同。通過質(zhì)譜鑒定了表達量上調(diào)5倍以上的 8 個蛋白點，推測其中突觸融合蛋白 3、氧類固醇結(jié)合相關(guān)蛋白 3、過氧化物酶體增殖激活受體和血型糖蛋白這4種蛋白質(zhì)與脂肪形成有關(guān)。研究結(jié)果表明，可以發(fā)現(xiàn)一些細胞骨架蛋白、氧化還原蛋白和伴侶蛋白都參與了脂肪細胞分化這一復(fù)雜的生理學(xué)過程。2.2 脂肪細胞亞細胞器的蛋白質(zhì)組學(xué)研究亞細胞結(jié)構(gòu)在細胞的生命活動中都與特定的細胞功能相聯(lián)系。分離、鑒定其在不同生理狀態(tài)下的蛋白質(zhì)表達情況對于全面了解細胞的功能具有重要意義。直接分析脂肪細胞亞細胞器的蛋白質(zhì)表達變化，能更容易的詮釋脂肪細胞的功能。2.3 脂肪細胞功能蛋白質(zhì)組學(xué)2.3.1 脂肪細胞代謝相關(guān)的功能蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)在脂肪細胞代謝相關(guān)的分泌蛋白方面的研究能為脂肪代謝紊亂的治療提供理論支持。通過2-DE技術(shù)，比較了人皮下脂肪源干細胞在未誘導(dǎo)和向脂肪細胞誘導(dǎo)兩種條件下分泌蛋白的表達水平變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)包括脂聯(lián)素和纖溶酶原激活抑制劑等80多個蛋白點顯現(xiàn)出2倍以上的表達量差異。該研究還發(fā)現(xiàn)了絲氨酸蛋白酶抑制劑的存在，暗示絲氨酸蛋白酶抑制劑家族可能參與了肥胖癥和 2 型糖尿病的形成。2.3.2 脂肪細胞氧化應(yīng)激相關(guān)的功能蛋白質(zhì)組學(xué)氧化應(yīng)激容易造成脂肪細胞線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的損傷，導(dǎo)致細胞發(fā)生炎癥，最終影響脂肪細胞的功能。研究脂肪氧化應(yīng)激為了解脂肪肝的發(fā)生機制奠定基礎(chǔ)。運用無標(biāo)記定量法分析在氧化應(yīng)激條件下小鼠3T3-L1脂肪細胞所分泌的蛋白，發(fā)現(xiàn)有 8 個蛋白表達量發(fā)生變化，其中基質(zhì)金屬蛋白酶 2(MMP-2)、基質(zhì)細胞衍生因子 1(stromal cell-derived factor-1)、抵抗素(resistin)、補體因子 D(CFD) 表達量降低，而醛縮酶 A、金屬蛋白酶 2(TIMP-2) 表達量增加，暗示這些蛋白參與了脂肪細胞的氧化應(yīng)激作用。綜上所述，蛋白質(zhì)組學(xué)在脂肪發(fā)生、分化等分子機制方面的研究已經(jīng)取得較大的進展，如利用蛋白質(zhì)組圖譜對不同生理和病理狀態(tài)下的脂肪組織及脂肪細胞進行差異顯示分析，尋找各種生理狀態(tài)下的分子標(biāo)記物及潛在的調(diào)控通路等。此外，脂肪組織代謝紊亂所引起的疾病 ( 如肥胖、2 型糖尿病 )是多因素共同參與的復(fù)雜疾病，其發(fā)病機制不可能只依靠蛋白質(zhì)組學(xué)方法就能完全解決，需要基因組學(xué)、代謝組學(xué)、生物信息