[蛋白质组学]的应用

         今天让我们来看一下蛋白质组学在【人体精液外泌体】的应用情况，文章分析了外泌体的蛋白质组成并且找到了可能预防男性不育等疾病的治疗靶点。

Comprehensive proteomics analysis of exosomes derived from human seminal plasma

人精浆外泌体的综合蛋白质组学分析 

期刊：Andrology 

IF：3.842 （二区）

发表单位：南医科大学第三附属医院

发表时间：2017.07

研究技术：定量蛋白质组学；Western Blot；透射电镜；纳米颗粒跟踪

研究背景：外泌体于1987年被首次发现，并被认为是非特异性的废物。近年来，有证据表明外泌体是起源于细胞内吞作用的膜性纳米囊泡，它携带和转移调节性生物活性分子，并介导细胞和组织之间的细胞间通信。外泌体在许多细胞中分离和鉴定。来自精浆的精前列腺体在形态和分子上与外泌体一致，被称为精外泌体(SEs)。

以往的研究对SEs鉴定得到多种蛋白质，这为SEs蛋白作为男性生殖系统疾病的生物标志物和理解其生物学功能提供了巨大的价值，然而这些研究有样本量小，没有生物学重复等缺点。考虑到个体间精浆蛋白表达的差异，这些研究可能没有发现对比较蛋白质组学研究（包括关注男性不育和前列腺癌的研究）至关重要的真实差异。

为此，本研究为SEs蛋白质组学进行了更全面的比较和研究，目的是确定SEs确切组成及生理功能，为进一步筛选生物标志物和比较蛋白质组学研究提供资源。

研究手段：采用基于30%蔗糖缓冲的外泌体分离方案从12个健康供体中分离和纯化SEs，采用Western Blot、透射电镜和纳米颗粒跟踪分析SEs的纯度，然后进行广泛的LC-MS/MS蛋白质组学分析。通过生物信息学分析已鉴定的蛋白，并通过Western blot选择性地验证与SEs相关的蛋白质。

研究结果：

1、SEs的表征。

为了确认外泌体的存在，检测了所提取的SEs是否有外泌体标记蛋白，包括HSP70和CD81。透射电镜结果显示，SEs含有脂质双分子结合膜，其尺寸分布在直径105nm处达到峰值。这些数据表明，从精浆中成功分离和纯化出SEs。

图1

2、SEs蛋白质组的综合蛋白质组学分析

两组共鉴定出了1474个蛋白质，其中有354个蛋白是重叠的（图2A）。在这些重叠的蛋白质中发现了几个SEs标志蛋白，随后进行了western blot验证，结果表明这些蛋白在其他志愿者的SEs中也存在（图2B）。说明了不同的SEs有共享的SEs蛋白。为了确定那些非重叠的蛋白是SEs蛋白而不是污染蛋白，对其功能进行了分析。结果表明这些非重叠的蛋白功能与重叠的蛋白一样，与“外泌体”，“溶酶体”和“细胞质”有关（图2C）。本研究中鉴定出的814个蛋白之前在SEs研究中尚未鉴定出来（图2D）。文章鉴定的SEs样本的所有蛋白（1474个蛋白）很有可能都来源于SEs，因此所有蛋白进行进一步分析

图2 

为了研究已鉴定的SEs相关蛋白的功能基础，我们采用GO分析方法对其分子功能进行了分析和分类。这些蛋白质的注释生物过程揭示了与“代谢”、“能量途径”、“蛋白质代谢”、“细胞生长和维持”和“运输”相关的SEs相关蛋白的富集（图3）。

图 3

3、SEs蛋白与先前发表的外泌体数据库和精浆蛋白质组学研究的比较

为了更深入地了解在人类精浆中鉴定的这些SEs蛋白，我们将SEs中鉴定的1474个蛋白与之前发表的外泌体研究数据库进行了比较。结果显示，在ExoCarta和EV库中鉴定的前100个外泌体蛋白中分别有83%和95%的蛋白质重叠（图4A），表明SEs蛋白质组高度敏感和分析全面。此外，精浆和SEs蛋白质组之间的一些重叠蛋白，如PHGDH和LGALS3BP，通过了SEs样本中的western blot验证（图2B），这表明重叠蛋白很可能来自精浆，而SEs中独特的非重叠蛋白很可能是新的精浆蛋白（图4B）。部分重叠的蛋白已成功用于男性不育和前列腺癌的生物标志物研究，对于新发现的SEs或许可作为潜在的生物标志物。

图 4  

结论：本研究为精性外泌体蛋白质组提供了更全面的描述，也可以为进一步筛选生物标志物和比较蛋白质组学研究提供资源，包括与男性不育和前列腺癌相关的研究。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/andr.12412

参考文献：

[1] C Yang, W B Guo, W S Zhang, et al. Comprehensive Proteomics Analysis of Exosomes Derived From Human Seminal Plasma[J]. Andrology, 2017, 5(5): 1007-1015.

[2] I K Sundar, D M Li, I Rahman. Proteomic Analysis of Plasma-Derived Extracellular Vesicles in Smokers and Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease[J]. ACS Omega, 2019, 4(6): 10649-10661.