基于质谱技术的蛋白质组学联合Genecards数据库数据挖掘扩张型心肌病的机制研究

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背景扩张型心肌病(DCM)是世界范围内一种严重威胁生命的疾病,其导致的心源性猝死仍是一个尚未解决的公共卫生问题。据统计,DCM的患病率高达1:250,确诊后5年的平均生存率一般为50%,10年内平均生存率约为25%。虽然,DCM主要的临床表现是心力衰竭或严重的心律紊乱,但有部分患者的首发症状即为死亡,需法医尸体解剖证实其系DCM导致的心源性猝死。由于猝死者往往缺乏主要的临床症状,主要根据Hudson对其进行诊断。因此,如何准确客观的诊断DCM是当前法医病理学研究的重点和难点。所以,对于临床前的动物模型研究和人体样本的临床研究尤为重要,寻找新的生物标志物,阐明发病机制,早期明确DCM诊断、延缓病情进展、降低死亡率、预防猝死具有重要的意义。目的本课题通过建立SD大鼠扩张型心肌病(DCM)模型,进行蛋白质组学分析,然后筛选出作为候选的特异性生物标志物,并探讨其在DCM发生发展过程中的生物学意义。此外,为了更深入得了解DCM相关的信号通路,将iTRAQ获得的差异表达蛋白与Genecards数据库中的数据集进行相关性分析,为DCM发病机制的探讨、早期诊断、治疗靶点的确定、治疗监测、预后评估、猝死预防和司法鉴定等提供科学的理论依据。方法采用尾静脉注射阿霉素建立SD大鼠DCM模型(DCM组20只,空白对照组15只),运用超声心动图、NT-pro BNP等确定建模成功后,利用iTRAQ技术检测DCM后心肌组织蛋白质的表达情况,筛选出差异蛋白质作为候选的特异性生物标志物,并经PRM、透射电镜等验证。此外,我们将iTRAQ获得的差异表达蛋白与Genecards数据库中的数据集进行了相关性分析,并通过生物信息学技术分析,筛选并鉴定出与DCM相关的信号通路。结果1 DCM模型的建立与正常对照组比,DCM组大鼠心腔明显增大,LVEF明显下降,NT-Pro BNP显著升高;组织病理学发现心脏明显增大,心肌细胞肥大,排列紊乱,间质疏松水肿,见纤维细胞、成纤维细胞明显增生,心肌间质纤维结缔组织增生,说明多次反复尾静脉注射阿霉素成功建立了DCM模型。2 DCM蛋白质组学差异蛋白分析本研究共鉴定出783个DEPs,其中上调有354个,下调有429个。然后筛选5个差异表达蛋白进行PRM验证,硫氧还蛋白结构域5(Txndc5)、整合素α5(Itga5)、柠檬酸合酶(Cs)、细胞色素c氧化酶亚基5A(Cox5a)、心肌肌钙蛋白T(Tnn T2)蛋白表达量的PRM结果与iTRAQ一致。GO富集分析发现DEPs主要是线粒体蛋白,KEGG分析发现DEPs主要参与氧化磷酸化、柠檬酸循环(TCA循环)、心肌收缩、代谢途径等信号通路。3 DCM疾病靶点基因与iTRAQ蛋白质组学关联分析DCM疾病靶点基因与iTRAQ蛋白质组学关联分析发现有215个co-DEPs。GO富集分析发现co-DEPs主要是线粒体蛋白,KEGG分析发现co-DEPs主要参与代谢途径、氧化磷酸化、柠檬酸循环(TCA循环)、心肌收缩等信号通路。其中主要有NADH脱氢酶类、细胞色素c氧化酶亚基(COX5A)、细胞色素C(CYC1)、SDHA、SDHB、无机焦磷酸酶(PPA2)参与氧化磷酸化信号通路,柠檬酸合酶(CS)、琥珀酸-辅酶a连接酶(SUCLA2)、丙酮酸脱氢酶E1(PDHA1)、琥珀酸脱氢酶(SDH)、丙酮酸脱氢酶复合物(DLAT)、二氢硫辛酸脱氢酶(DLD)、异柠檬酸脱氢酶亚基(IDH3A)参与TCA循环信号通路,ryanodine受体(RYR2)、原肌球蛋白α3链(TPM3)、细胞色素c氧化酶亚基类(COX)、心肌肌钙蛋白C(TNNC1)、原肌球蛋白α链(TPM1)、肌钙蛋白T(TNNT2)、肌球蛋白调节轻链2(MYL2)、肌钙蛋白Ⅰ(TNNI3)、细胞色素C(CYC1)、肌球蛋白(MYH7)参与肌肉收缩信号通路。结论本研究成功建立了SD大鼠DCM模型,该模型的差异表达蛋白主要分布在线粒体,且主要在心肌的代谢、氧化磷酸化、三羧酸循环和心脏肌肉收缩等通路的蛋白水平发生了显著的变化,这些变化是导致DCM发生的重要原因之一。此外,把DCM疾病靶点基因和DEPs关联分析发现心肌的代谢、氧化磷酸化、三羧酸循环和心脏肌肉收缩不仅发生在在获得性DCM中,在家族性DCM中同样发生了显著的变化。
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