中国组织工程研究与临床康复 第13卷 第18期 2009–04–30出版 Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research April 30, 2009 Vol.13, No.18
Department of
Cardiac Surgery, Affiliated Union Hospital of Fujian Medical University, Fuzhou 350001, Fujian Province, China
Wang Guang-kuo ★, Studying for master’s degree, Physician, Department of Cardiac Surgery, Affiliated Union Hospital of Fujian Medical University, Fuzhou 350001, Fujian Province, China
wangguangkuo0@
Received:2009-02-03 Accepted:2009-02-21
福建医科大学附
属协和医院心外科，福建省福州市 350001
王广阔★，男，1984年生，内蒙古自治区呼伦贝尔市人，汉族，福建医科大学在读硕士，医师，主要从事心脏外科方面的研究。
中图分类号: R318 文献标识码: A
文章编号: 1673-8225 (2009)18-03475-04
收稿日期：2009-02-03 修回日期：2009-02-21 (20090111004/ WJY·S)
王广阔，林 峰，黄雪珊
Proteomics and organ transplantation
Wang Guang-kuo, Lin Feng, Huang Xue-shan
Abstract: With the development of mass spectrometer, protein and peptide separation technology, and data analysis tools, the
study on protein expression profiling of various tissues, organs or cells has been developed rapidly. The most basic purpose of proteomics is qualitative and quantitative identification of the whole protein in a cell or tissue. Therefore, how to make full use of mass spectrometry data has an important significance in proteome. Recently years, proteomics has begun to be applied in
allograft rejection and discovery of rejection related biomarkers in organ transplantation. Through the extensive application of the technology in organ transplantation, graft rejection can be earlier detection and treatment. Therefore, the proteomics research have potential application prospects in the diagnosis of the organ transplant rejection.
Wang GK, Lin F, Huang XS.Proteomics and organ transplantation. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2009;13(18): 3475-3478. [ ]
摘要：随着质谱仪器、蛋白质和肽段的分离技术及数据分析工具的发展，不同组织、器官或细胞的蛋白质表达谱的研究也
得到了迅速发展。蛋白质组学最基本的目的就是定性和定量地鉴定一个细胞或组织中的全部蛋白质。因此，如何充分利用质谱数据对蛋白质组学研究的意义很大。近几年，蛋白质组学已开始被应用到器官移植的同种异体排斥反应以及排异反应相关生物标记物的发现等领域。通过这一技术在器官移植中 的广泛应用，可以早期发现及处理移植物的排异。因此，蛋白质组学的研究在器官移植排斥反应的诊断中将具有潜在的应用前景。 关键词：器官移植；蛋白质组学；生物质谱技术 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2009.18.017
王广阔，林峰，黄雪珊.蛋白质组学与器官移植[J]. 中国组织工程研究与临床康复，2009，13(18):3475-3478. [ ]
0 引言
蛋白质组学是从整体水平上研究细胞、组织或有机体蛋白质组的一门新兴学科，研究方法包括以双向凝胶电泳为基础的蛋白质分离技术、以质谱为代表的蛋白质鉴定以及生物信息分析3大技术，实现不同样本蛋白差异表达水平的比较，从而提供疾病相关的新生物标记物信息、疾病相关靶点、疾病发病机制与过程等有用信息。因此，已被广泛应用到癌症以及其他重要疾病的研究。近几年，蛋白质组学开始被应用到器官移植的同种异体排斥反应以及排斥反应相关生物标记物的发现等领域。利用双向电泳与质谱技术，Pan 等
[1-2]
服务器平台分析了大
鼠原位肝移植自发性免疫耐受现象并发现了与之相关的一些生物标记物。Clarke 等[3]
通毛细管电泳-质谱技术，发现尿中有一种多肽在同种异体肾移植后急性肾小管间质性排斥反应中显著异常，而在急性血管性排斥反应中没有这种现象，对这种多肽的检测可成为预测、早期诊断急性排斥反应及判断患者预后的重要手段。这种前期的研究提示蛋白质组学研究在移植排斥反应的诊断中将具有潜在的应用前景。
1 学术背景
随着器官移植技术的日益成熟，器官移植如心脏移植，肝脏移植，肾脏移植已成为现实。但是移植后的急慢性排斥反应的发现成为移植后的关键。目前有多种方法诊断器官移植的排斥反应，其中蛋白质组学研究是最重要的焦点之一。蛋白质指纹图谱技术——表面增强激光解析电离飞行时间质谱(surface enhanced laser desorption and ionization time of flight mass spectrometry ，SELDI-TOF MS)技术是随着蛋白质组学的研究而兴起的一种新技术，常与飞行时间质谱联用，可直接对血清、尿液、腹水、脑脊液等样品进行分析，对这种疾病特异性蛋白质指纹实现快速、自动、高效、高通量检测和识别
[4]
。近几年，临床实验室对
SELDI-TOF MS 技术的应用快速增长，使医学检验技术发生了质的飞跃，为临床疾病早期诊断、、观察及预后分析提供了重要依据。尤其是最近几年，蛋白质组学开始被应用到器官移植的同种异体排斥反应以及应用SELDI-TOF MS 技术对排斥反应相关生物标记物的发现等领域，为移植物排斥反应的早期诊断、早期以及预后评估提供了可靠的临床
镍铬合金综 述
王广阔，等.蛋白质组学与器官移植
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依据，这些表明蛋白质组学在器官移植中的应用将具有极大的潜力。
2 目的
综述蛋白质组学在器官移植中的重要作用与应用前景。
3 资料和方法
3.1 文献检索
检索人相关内容：第一作者。 检索时间范围：1990/2008。
检索词：organ transplantation, proteomics,
biological mass spectrometry 。
检
索
数
据
库
：
万
方
数据库(/)，维普数据库(/)
，
Pubmed
数
据
库
(bi.v/pubmed)。
检索文献量：共检索到124篇相关文献。
3.2 检索方法
纳入标准：①具有原创性，论点论据可靠的试验文章。
②观点明确，分析全面的文章。③文献主题内容与此课题联系紧密的文章。
排除标准：内容陈旧或重复文献。
文献类型及资料分析：初检得到124篇文献，最后对
符合标准的30篇文献作进一步的分析。文献1~5探讨了蛋白质组学在器官移植中的应用，文献6~14探讨了蛋白质组学的理论及方法，文献15~21探讨了蛋白质组学的相关技术理论，文献22~30探讨了蛋白质组学的表面增强激光解析电离飞行时间质谱技术相关理论。
4 文献证据综合提炼
4.1 蛋白质组学
蛋白质组学及其主要研究内容：蛋白质组学最基本的
目的就是定性和定量地鉴定一个细胞或组织中的全部蛋白质[5]
。随着蛋白质组学研究的深入，人们越来越关注其完整性，希望到更多更新的蛋白质，于是充分挖掘质谱数据进行新蛋白质鉴定受到重视。鉴定新蛋白质最基本的作用是保证蛋白质组学的完整性，并且可以完善和校正对基因组的注释，进一步发现新的基因编码区及新的基因模式[6]
。蛋白质序列信息允许对编码蛋白的基因组和转录组进行直接确认，鉴定新蛋白质则从实验上提供了新的转录产物的客观证据[7]
。另外，鉴定到某物种、组织细胞某种特定状态下的新蛋白质对该组织器
官新功能的认识以及发现新的疾病诊断目标具有重要的意义。蛋白质组学的核心在于大规模地对蛋白质进行综合分析，通过对某种物种、个体、器官、组织或细胞的全部蛋白质性质(包括表达水平、结构、翻译后修饰、细胞内定位、蛋白质相互作用)的研究，对蛋白质所执行的生理性、病理性活动做出精细、准确、本质的阐述[8]
。蛋白质组学最有价值的优势是它可以在一个实验中观察一个完整的蛋白质或蛋白质亚型在特定时间下，其生理或病理状态中所发生的相应变化。
蛋白质组学研究常用技术：蛋白质组学研究需要有足
够的技术支撑，如质谱分析，酵母双杂交系统，蛋白质微阵列技术以及能够进行大规模数据处理的计算机系统和软件等。现阶段蛋白质组学的研究可分为3个主要步骤：应用双向凝胶电泳、“双向”高效柱层析分离蛋白质；应用氨基酸组成分析、C2或N2末端氨基酸序列
分析及质谱分析鉴定所分离的蛋白质；应用生物信息学数据库对鉴定结果进行存储、处理、对比和分
用电信息采集析。
表面增强激光解析电离飞行时间质谱技术是近年兴起的蛋白质组学研究前沿技术，其标准化和质量控制是顺利应用到临床的关键。表面增强激光解析电离飞行时间质谱技术由芯片系统、生物信息捕捉系统（激光解析电离）和生物信息分析系统多种技术模块组成。而不同性质的芯片为检测不同性质的蛋白质提供了可能，并为临床样本，如血清中含有的各种蛋白质多指标检测奠定了基础。
同时，蛋白质芯片技术具有以下优势：①可直接使用粗样本，如：血清、尿液、细胞提取液等[9]
。②使大规模、超微量、高通量、全自动筛选蛋白质成为可能。③不仅可以发现一种蛋白质或生物标记分子，而且还可以发现不同的多种方式组合蛋白质谱，可能与某种疾病有关。④推动基因组学发展，验证基因组学方面的变化，基于蛋白质特点发现新的基因。可以推测疾病状态下，基因启动可以与正常状态下不同，受到哪些因素影响，从而跟踪基因变化
[10-12]
。但由于该技术实验条件复杂、
结果偏差在解释上的混乱限制了其临床应用。因此，各环节的质量控制和标准化工作就成为有待解决的问题。
蛋白质组学在生物医学中的应用：近年来，蛋白质组学
在生物医学方面的应用越来越广泛。蛋白质组学在生物医学方面的应用主要包括几个方面：通过寻差异表达蛋白质，以发现疾病相关的蛋白质；寻用于诊断疾病相关的标记分子；寻疾病相关的蛋白质药靶，以用于药物设计。蛋白质组学在人类疾病的研究中已被广泛应用。基因组学可帮助人们了解导致疾病发生的核酸变化的机制[8]
。蛋白质组学则帮助人们在蛋白质水平上分析导致疾病的蛋白质变化，确定分子标志以供诊断和了解疾病发生的不同过程、同一病征患者不同的病因，以及
王广阔，等.蛋白质组学与器官移植
疾病与年龄、疾病的组织特异性等问题[13]。
4.2 蛋白质组学在器官移植中的应用近几年，蛋白质组学开始被应用到器官移植的同种异体排斥反应以及排斥反应相关生物标记物的发现等领域。Clarke等[3]将尿液蛋白质组学研究应用于肾移植领域，
并把它发展为一种急性肾移植排斥的诊断方法，显示出这一技术应用于器官移植领域的有效前景。荧光差异显示双向凝胶电泳是蛋白质组学研究的核心技术，这一技术能够使同一块凝胶上实现不同样本蛋白差异表达水平的比较，从而提供疾病相关的新生物标记物信息、疾病相关靶点、疾病发病机制与过程等有用信息。因此，已被广泛应用到器官移植排斥物的发现以及其他重要疾病的研究。
蛋白质组学在肾脏移植中的应用：目前临床上诊断移植肾急性排斥反应的方法主要包括临床表现、肾功能检查（主要为血肌酐）及移植肾穿刺活检。然而临床表现缺乏特异性。血肌酐是目前移植肾发生急性排斥反应最初可观察到的指标，但是它缺乏特别的灵敏性和特异性，常需要随之的肾穿刺活检来证实；其次它不能反应早期移植肾急性排斥反应，只能当移植肾急性排斥反应严重到损害肾功能时血肌酐才会升高。移植肾穿刺活检被认为是诊断排斥的“金标准”，但肾活检通常是在血肌酐升高后才做，其弊端是前移植肾已经排斥数天或数周。其次肾活检具有创伤性、花费大、并发症也较多、不能按需要频繁穿刺以监测移植肾的功能，另外取材的好坏及病理医师水平的参差不齐也影响其应用价值。然而借助于质谱分析技术，尤其是使用表面增强激光解析电离飞行时间质谱（SELDI-TOF-MS）技术检测尿蛋白组学取得了很大的进展。
Clarke等[3]使用SELDI-TOF-MS技术研究17例移植肾急性排斥反应患者和15例肾功能稳定患者，结果发现了12种候选生物标记物出现在大多数移植肾急性排斥反应组中，而在对照组中未出现。此研究的诊断准确率达89%。从而说明了蛋白质组学的相关技术在肾脏移植排斥反应中的重要意义。Fung等[1
4]应用蛋白质组学技术对肾移植患者的尿液进行研究，发现诊断急性排斥反应的敏感性为90.5%~91.3%，特异性77.2%~83.3%。Wittke等[15]通过毛细管电泳-质谱技术，发现尿中有一种多肽在急性小管间质性排斥反应中显著异常，而在急性血管性排斥反应中没有这种现象。肾移植患者的尿中可能存在能够反映急性排斥反应的标记物，对其检测可能会成为预测、早期诊断急性排斥反应及判断患者预后的重要手段。
蛋白质组学在肝脏移植中的应用：原位肝移植是目前包括肝硬化、酒精肝及原发性肝癌等终末期肝病最有效的方法[16-20]。虽然不断提高的外科技术与免疫抑制剂的使用有效提高了移植的成功率，但移植排异反应仍然是目前临床面临的一个主要问题，特别是手术结束后的前几个星期排异反应发生的可能性仍然很大[21-23]。荧光差异显示双向凝胶电泳是蛋白质组学与代谢组学研究的核心技术，这一技术能够在同一块凝胶上实现不同样本蛋白差异表达水平的比较，从而提供疾病相关的新的生物标记物信息、疾病相关靶点、疾病发病机制与过程等有用信息。近几年，蛋白质组学与代谢组学开始被应用到器官移植的同种异体排异反应以及排异反应相关生物标记物的发现等领域[24-25]。利用双向电泳与质谱技术，Pan等[1]分析了大鼠原位肝移植自发性免疫耐受现象并发现了与之相关的一些生物标记物。
目前有关研究显示乙型肝炎的发病和机体免疫应答功能以及宿主遗传基因的多态性特点有直接的关系。在乙型肝炎病毒感染和致病过程中，病毒和人体基因表达蛋白质谱及其在发病过程中的变化仍然
是一个新的领域，蛋白质谱分析技术为开展肝移植的研究提供了良好的前提。在肝癌中有一特异蛋白与肝癌有关，而哪些蛋白质的变化可以直接反应人体急慢性肝炎、肝硬化、肝癌等病情，是本领域中最为关键的问题。利用蛋白质普技术比较患者蛋白质谱特点，特别是阐明在不同发病阶段的相关蛋白质谱的变化规律，可以全面展示各个阶段的蛋白变化的过程。从而更加了解病情以及对疾病的诊断、、预后等都有正确的判断。
蛋白质组学在心脏移植中的应用：随着免疫抑制剂的应用，心脏保存以及心脏外科技术的进步和高效抗感染药物的应用，心脏移植是终末期心脏病的最佳方法之一。目前心脏移植技术已相当成熟，心脏移植后患者的生存时间也在不断延长。心脏移植后最重要的是免疫抑制，移植物排斥的发现和处理仍然是移植处理的关键之一。
国外心内膜心肌活检特异性虽较高，为诊断心脏移植排斥反应的金标准[26-27]。但心内膜心肌活检也有其固有缺点，开展心内膜心肌活检需要一定的设备及技术条件，不能进行早期诊断，诊断价格贵，假阴性率高，而且存在一定的风险。所以，许多学者致力于其他心脏移植排斥反应诊断方法的研究，以期到敏感、特异的非介入诊断方法。蛋白质组学研究已开始应用于肾移植后排斥反应的预测，而用于心脏移植后急性排斥反应的诊断目前在国内外未见报道。
长期研究表明：移植心脏血管病变是影响患者长期存活的最主要原因[28]。根据流行病学研究，采用
环孢霉素A联合的心脏移植患者，在术后1，3，5年行血管造影发现移植心脏血管病变的发病率分别为14%，37%，50%。采用血管内超声检查发现心脏移植1年后，血管内膜增厚的发生率达50%。而心脏移植患者发生移植心脏血管病变后1年的生存率为55%，2年的生存率
王广阔，等.蛋白质组学与器官移植
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为25%
[29]
。移植心脏血管病变确切的发病机制尚不清
楚，目前认为是以免疫因素为主多因素参与的血管增殖型病变，病理变化表现为局部持续的炎症反应，平滑肌细胞迁移、增殖，形成弥漫性同心圆状血管狭窄，晚期脂质沉积、钙化形成粥样斑块。对移植心脏血管病变的诊断目前无可靠的手段，无有效的措施，免疫抑制剂的使用不能控制移植心脏血管病变的进展，保守及经皮冠状动脉腔内成形术、冠状动脉搭桥术的效果都差，采用西罗莫
司洗脱支架对狭窄冠脉进行介入，1年内再狭窄率为33%，再次心脏移植的生存率明显低于初次移植，且由于供心来源有限，多数学者不主张再次心脏移植
[30]
。因此，彻底弄清移植心脏血管病变和心
肌纤维化的发病机制，在此基础上寻移植心脏血管病变和心肌纤维化的检测手段和方案是心脏移植研究领域的首要问题。若能直接从蛋白质组入手来研究移植后心脏的蛋白质变化，将可更全面、真实地揭示移植心脏血管病变和心肌纤维化的本质，为移植心脏血管病变和心肌纤维化的发病学和防治研究开辟新的思路、提供新的线索。
mir162蛋白质组学在心脏移植研究中的意义重大，它为同种异体心脏移植排斥反应的诊断及预测开拓新的思路。同时也为临床同种异体心脏移植的早期诊断急性排斥反应及判断患者预后提供了重要手段及方法。
5 结论和展望
总之，蛋白质组学经历了10年的迅猛发展，已经在医学和生命科学领域里得到了广泛的应用。尽管目前尚处于起步阶段，但是蛋白质组学以其深入揭示疾病状态下机体内所有蛋白质表达规律的优势在阐
明人类心脏疾病的细胞和分子机制方面表现出极大的潜力。不久的将来，随着蛋白质组学研究技术日趋完善，现行的结构蛋白质组学必然向功能蛋白质组学过渡，为疾病的早期诊断、新药研发以及心脏康复开辟新的思路。
6 参考文献
[1] Pan TL, Wang PW, Huang CC, et al. Expression, by functional
吸收式制冷机组proteomics, of spontaneous tolerance in rat orthotopic liver transplantation. Immunology. 2004; 113(1):57-64.c型钢是怎么做成的
[2] Pan TL, Goto S, Lord R, et al. Proteome analysis in liver
transplantation. Transplant Proc. 2001; 33(1-2):156.
[3] Clarke W, Silverman BC, Zhang Z, et al. Characterization of renal
allograft rejection by urinary proteomic analysis. Ann Surg. 2003; 237(5):660-664.
[4] 褚福亮，王福生.白质谱分析方法特点及其在蛋白组学研究领域中的
应用[J].世界华人消化杂志，2002，10(12):1431-1433.
[5] Aebersold R. A mass spectrometric journey into protein and
proteome research. J Am Soc Mass Spectrom. 2003; 14(7):685-695.
[6] Fermin D, Allen BB, Blackwell TW, et al. Novel gene and gene
model detection using a whole genome open reading frame analysis in proteomics. Genome Biol. 2006; 7(4):R35. [7] Shimonishi Y , Hong YM, Kitagishi T, et al. Sequencing of peptide mixtures by Edman degradation and field-desorption mass spectrometry. Eur J Biochem. 1980; 112(2):251-264.
[8] 钱小红，贺福初．蛋白质组学理论与方法[M].北京：北京科学出版社，2003:24．
[9] MacBeath G, Schreiber SL. Printing proteins as microarrays for high-throughput function determination. Science. 2000; 289(5485):1760-1763.
[10] Yates JR 3rd. Mass spectrometry. From genomics to proteomics.Trends Genet. 2000; 16(1):5-8.
[11] Smith RD. Probing proteomes--seeing the whole picture? Nat Biotechnol. 2000; 18(10):1041-1042.
[12] Lopez MF. Proteome analysis. I. Gene products are where the biological action is. J Chromatogr B Biomed Sci Appl. 1999; 722(1-2):191-202.
[13] 郑艳颖，王雅杰，康熙雄. 表面增强激光解析电离飞行时间质谱技术的质量控制与标准化[J].中华医学检验杂志，2006，29(1):20-22. [14] Fung ET, Enderwick C. ProteinChip clinical proteomics:
computational challenges and solutions.Biotechniques. 2002; Suppl:34-41.
[15]
Wittke S, Haubitz M, Walden M, et al. Detection of acute
tubulointerstitial rejection by proteomic analysis of urinary samples in renal transplant recipients. Am J Transplant. 2005; 5(10):2479-2488.
[16] Curry MP . Hepatitis B and hepatitis C viruses in liver transplantation. Transplantation. 2004; 78(7):955-963.
[17] Anantharaju A, Van Thiel DH. Liver transplantation for alcoholic liver disease. Alcohol Res Health. 2003; 27(3):257-268.
[18] Wong LL. Current status of liver transplantation for hepatocellular cancer. Am J Surg. 2002; 183(3):309-316.
[19] Frilling A, Malago M, Broelsch CE. Current status of liver
transplantation for treatment of hepatocellular carcinoma. Dig Dis. 2001; 19(4):333-337.
[20] Saadeh S, Davis GL. Management of ascites in patients with end-stage liver disease. Rev Gastroenterol Disord. 2004; 4(4):175-185.
[21] mez-Manero N, Herrero JI, Quiroga J, et al. Prognostic model for early acute rejection after liver transplantation. Liver Transpl. 2001; 7(3):246-254.
[22] Neuberger J. Incidence, timing, and risk factors for acute and chronic rejection. Liver Transpl Surg. 1999; 5(4 Suppl 1):S30-36. [23] Janssen H, Lange R, Erhard J, et al. Serum bile acids in liver transplantation--early indicator for acute rejection and monitor for antirejection therapy. Transpl Int. 2001;14(6):429-437.
[24] Orchard S, Zhu W, Julian RK Jr, et al. Further advances in the development of a data interchange standard for proteomics data. Proteomics. 2003;3(10):2065-2066.
[25] Seike M, Kondo T, Fujii K, et al. Proteomic signature of human cancer cells. Proteomics. 2004;4(9):2776-2788.
[26] Catalla R, Leaf HL. Aspects of Pulmonary Infections After Solid Organ Transplantation. Curr Infect Dis Rep. 2000;2(3):201-206. [27] Horn J, Bender BS, Bartlett JG. Role of anaerobic bacteria in perimandibular space infections. Ann Otol Rhinol Laryngol Suppl.1991;154:34-39.
[28] Yanagisawa K, Shyr Y , Xu BJ, et al. Proteomic patterns of tumour subsets in non-small-cell lung cancer. Lancet. 2003;362(9382): 433-439.
[29]
Gilbert SO.the human proteome organization plasma proteome project pilot phase:refernce specimens,technology platform comparisons,and standardized data submission and analysis.proteomics. 2004,4:1235-124
[30] Vidal M. A biological atlas of functional maps. Cell. 2001;104(3): 333-339.
