出生缺陷的首例蛋白质组学分析：展示一种新技术的力量

诸平

据物理学家组织网（Phys.org）2013年9月11日报道，美国纽约州立大学（SUNK）布法罗分校（University at Buffalo，State University of NewYork）、美国纽约州生物信息学和生命科学卓越中心（New York State Center of Excellence in Bioinformatics andLife Sciences）以及美国退伍军人管理局纽约西卫生保健系统（Veterans Administration Western New York Healthcare System）等机构合作,由纽约州立大学布法罗分校的Steven J. Fliesler领导的研究小组已经透露出一个关于一种罕见的、有时甚至是致命的出生缺陷疾病蛋白质组学分析的重要信息。

First proteomic analysis of birth defect demonstrates power of a new techniqueby Ellen Goldbaum

A UB team led by Fliesler revealed important information on a rare, sometimes deadly, birth defect. Credit: Sandra Kicman, University at Buffalo

一种罕见的、有时甚至是致命的先天缺陷即Smith-Lemli-Opitz综合症(简称SLOS) 的一种动物模型的首例蛋白质组学分析结果已经显示, 导致SLOS的分子机理要比人们此前认识到的更为复杂。SLOS涉及多个感觉神经异常和认知异常,精神残疾和肢体残疾,包括那些影响视力、重症病例甚至在10岁之前死亡的现象。

SLOS是一种以特殊面容、智力发育障碍及多发畸形为特点的遗传性疾病。其病因是7-脱氢胆固醇-△⁷还原酶（7-dehydrocholesterol-△⁷ reductase, DHCR7）基因的突变引起的DHCR7缺陷导致的胆固醇代谢异常。而DHCR7是一种微粒体酶，催化7-脱氢胆固醇（7-dehydrocholesterol, 7DHC）向胆固醇的转移。因此受累个体表现血浆低胆固醇及高7DHC水平。其表型为胆固醇缺乏及7DHC累积的综合结果。诊断基于临床表现及血浆固醇水平分析。产前诊断可以通过分析羊水羊膜细胞和绒毛中固醇水平和绒毛酶的测定。母体血清雌二醇及尿固醇分析可以用于非侵入性的产前诊断。对动物和人的初步研究表明，饮食补充胆固醇对SLOS患者是有益的，但出生前的损害以及胆固醇难以通过血脑屏障等情况限制了治疗的有效性。SLOS发病率估计为1∶20000至1∶60000，是最常见的常染色体隐性遗传病之一，最近的研究提示携带者频率比估计的发病率高得多。

SLOS (Smith-Lemli-Opitz Syndrome )于1964年由David Smith、Luc Lemli及John Opitz三位医师共同发现而命名，因此以三位医师的姓氏命名为Smith-Lemli-Opitz症候群。此疾病是胆固醇代谢异常之遗传性疾病，是因DHCR7基因缺陷，造成7-脱氢胆固醇还原酶(7-Dehydrocholesterol Reductase; DHCR7)功能缺损，导致体内合成胆固醇的最后一个步骤发生问题，使胆固醇的前驱物7-脱氢胆固醇（7-Dehydrocholesterol，7-DHC)无法转换为胆固醇，大量堆积于体内而致病。

布法罗分校（University atBuffalo，简称UB）的研究人员的研究成果，2013年8月26日已经在《分子和细胞蛋白质组学》（Molecularand Cellular Proteomics）杂志网站发表——Chengjian Tu, Jun Li, Xiaosheng Jiang, Lowell G. Sheflin,Bruce A. Pfeffer, Matthew Behringer, Steven J. Fliesler and Jun Qu. Ion Current Based Proteomic Profiling of the Retina in a Rat Model of Smith-Lemli-Opitz Syndrome. Molecularand Cellular Proteomics，August 26, 2013, DOI： 10.1074/mcp.M113.027847 ,这是第一个展示了一种SLOS老鼠模型的视网膜内蛋白质变化的研究成果。为了研究SLOS,UB的研究人员专注于视网膜, 由于SLOS的结果使视网膜经历了渐进性退化过程。研究人员将患有SLOS的大鼠视网膜与那些健康大鼠的视网膜蛋白表达进行了比较。

StevenJ. Fliesler博士，也是这篇论文的主要作者和被授予Meyer H. Riwchun客座教授、UB眼科学系领导，他认为自20世纪90年代人们发现SLOS与胆固醇代谢有关以来, 许多对于此疾病的研究往往只重视胆固醇的代谢问题。文献中只有少数报告是从事受到这种疾病影响之人的细胞和组织的非脂质成分研究。Steven J. Fliesler博士谈到他们有一些SLOS中的基因表达发生了变化线索,是因为蛋白质的基因编码出现问题,而不是脂质出现问题,他们设想也许涉及到的有多种重要的蛋白质组学变化。

他们的研究成果是表明首次对这种疾病模型已经有人开始关注蛋白质变化，而且生物化学教授Steven J. Fliesler博士他们发现了数百种。虽然也有多种该疾病的遗传小鼠模型,但是他们的实用性受到限制,因为其仅仅只能存活一天,而对于啮齿动物来说，视网膜(这也是Fliesler博士的主要研究领域)的形成和成熟，是出生后需要大约一个月的时间。如果说小鼠出生还没有等候到视网膜的成熟就已经夭折了，可以想象这种动物模型对于研究工作有何意义？Steven J. Fliesler博士他们使用SLOS鼠模型至少能够存活三个月,在此期间，小鼠的视网膜经历了渐进退化。尽管SLOS动物模型的视网膜退化了,但是目前还不清楚人在患此病的过程中，是否也存在人的视网膜最初经历正常的发育和随后逐渐退化。

UB的研究为动物模型中究竟视网膜细胞是如何死亡的提供了参考，而此过程是由UB医学和生物医学科学院生物化学系的一名本科生，也是此项目研究的合作者Matthew Behringer提供了观察结果。Fliesler解释道：“通过这种蛋白质组学分析,我们发现光感受器(视杆和视锥)细胞死亡而不是通过传统的程序性细胞死亡(或者凋亡)过程,而是通过其他的机例,对此我们目前仍在研究之中。”

为了探索SLOS鼠模型的蛋白质组学,由共同通讯作者、UB药学系和眼科学系副教授曲君（Jun Qu音译）博士领导的UB研究人员使用基于离子流的蛋白质组学分析法,这是一项相对较新的和更精细的研究蛋白质的方法。

Fliesler指出这篇论文表明, 基于离子流的蛋白质组分析方法优于传统方法,可以广泛适用于更多的常见疾病化验分析,常见疾病如糖尿病、心血管疾病、老年痴呆症以及年龄相关性黄斑变性等。

蛋白质组学分析是一种研究蛋白质表达差异的方法。屈君博士的实验室是美国大规模蛋白质组学分析的领先实验室之一。此精准的方法学是他和其同事们一直从事研究开发的结果，也是此项研究获得成功的一个关键因素。该技术与传统技术相比较适用范围更广，特别是对于大量与视网膜蛋白质有关膜的分析。

在此独特分析方法中屈君博士的工作就是消除了在传统的蛋白质组学分析中可能出现的假阳性的主要来源。基于离子流的蛋白质组分析的额外优势体现在它需要样本量非常少,仅有100 μg,而且是可以定量，且重显性高。该方法已发展为各种生物标本,从微生物到人类均可使用的一种新方法。

在UB两个实验室之间的合作研究成功例证是纽约州立大学（SUNY）眼科研究所的一部分,而眼科研究所是一个由SUNY REACH发起创办的纽约州立大学宽联盟的下属机构，其中汇集了SUNY下属的四个医学院眼科学系的研究者。Fliesler解释道：“多亏了纽约州立大学眼科研究所和SUNY REACH,我们有了一个蛋白质组学的核心研究团队,促进整个纽约州立大学眼科研究所合作,利用这种方法开展研究工作。这有助于我们以成本有效地运作方式在纽约州立大学从事此项分析研究，而不必再依赖于如何一家机构或某一个私人公司开展合作分析。”更多信息请浏览原文。