題目：Proteomic Architecture of Human Coronary and Aortic Atherosclerosis
期刊：Circulation
影響因子：18.880
主要技術：Label free , MRM
研究背景
因為目前沒有可以提前發現脈粥樣硬化的有效檢測方法，所以在冠心病預防和治療上存在很大困難。因此，本文作者對動脈蛋白網絡進行全面研究，希望發現它們在早期動脈粥樣硬化中的變化，確定疾病檢測新的生物標記物并改善治療靶點。
研究內容及結果
1. 冠狀動脈和腹主動脈蛋白全面分析并確定新的動脈蛋白和無標度網絡拓撲
研究結果中，在樣品 ≥1 LAD（左前降支動脈）和AA（腹主動脈）中總共鑒定到1925個蛋白group（以下簡稱蛋白質）。其中974種蛋白質參與廣泛的生物過程、分子功能、細胞成分和經典通路，有43個是之前研究中沒發現的蛋白。作者發現，LAD獨有的944種蛋白質表現出無標度網絡拓撲結構，這種拓撲結構通常見于復雜的自適應分子或細胞成分的自適應網絡中。此外，這些蛋白質包括幾個不同的、可復制的共表達模塊，這些模塊與特定的細胞功能和位置大致相關，例如與細胞呼吸有關的線粒體蛋白（紅色模塊），涉及染色質組裝和組織的核蛋白（綠松石模塊）和細胞外基質蛋白（褐色模塊）。類似的無標度拓撲結構和功能模塊結構在來自AA的蛋白質數據中也得到了明顯體現。無標度拓撲結構表明，動脈蛋白質組可能來自復雜的自適應系統。檢測到的蛋白質的數量和多樣性，以及它們表現出無標度拓撲結構的事實，為作者的蛋白質提取和測量方法提供了有效性的判斷，并表明在翻譯和蛋白代謝之后，基因轉錄數據中復雜適應性系統的特征仍然存在。
圖1 對人LAD蛋白加權共同表達網絡分析
2. 正常冠狀動脈和主動脈蛋白酶的比較揭示了線粒體蛋白質質量的顯著差異
作者發現在LAD中檢測到數百種特異性蛋白質，對LAD中專門檢測到的蛋白質進行GO富集分析，表明線粒體蛋白顯著富集（P值范圍，1.7×10-6至1.8×10-28）。為了證實LAD和AA樣本之間線粒體蛋白質明顯的差異豐度，作者對完全正常的樣本（每個解剖位置n = 30）進行了更靈敏的DIA-MS（也稱SWATH）分析，重點關注參與脂肪酸代謝、氧化磷酸化、三羧酸循環和線粒體生物合成的114個定量的線粒體蛋白質?？紤]到細胞材料和蛋白提取產量可能存在的位點差異和樣本差異，作者對幾個平滑肌細胞特異性管家蛋白和尸檢病例的年齡以及性別調整定量結果?？傮w而言，線粒體蛋白在LAD中的豐度是AA的1.98倍（P <0.001），其中氧化磷酸化蛋白豐度增加2.25倍（P <0.001），無機焦磷酸酶豐度增加10倍（P <0.001）。溶性細胞外基質（ECM）蛋白的類似比較顯示，與LAD相比，AA樣品中可溶性ECM蛋白豐度僅有6％增加（P = 0.01），但是生腱蛋白，在AA中增加10倍（P <0.0001）。
作者認為LAD和AA組織之間線粒體質量和潛在有氧能力的基本差異，可能反映了這兩種動脈組織類型的不同能量需求。兩種動脈組織的蛋白質組學特征的異質性強調了在表征動脈組織的蛋白質組學和功能生物學時，對動脈解剖學特異性的需要。
圖2 正常LAD和AA樣本中線粒體蛋白質的比較
3. LAD和AA中的動脈粥樣硬化組織呈現與TNF-α活化一致的蛋白質組學特征
為了明確早期動脈粥樣硬化的蛋白組學特征，采用兩種互補表型分型策略：第一種，根據NL（正常內膜）、脂肪條紋、FP（纖維斑塊）表面積占比對樣本進行分型；第二種，根據樣品蛋白數據的凸分析方法進行分型。為了充分利用兩種表型策略，作者使用主成分分析和層次聚類分析獲得每種LAD樣品的病理蛋白質組分類，發現在第一主成分方向上分離高度富含FP或NL組織的樣品。比較這些富含FP和NL的LAD樣品，鑒定了89個差異蛋白質（FC≥（+/-）1.7, q≤0.05）。這些動脈粥樣硬化相關蛋白的生物信息學功能分析揭示了與腫瘤壞死因子-α（TNF-α）途徑激活一致的模式（P = 2.64×10-7），同時也抑制胰島素受體、過氧化物酶激活受體-α（PPAR-α）和過氧化物酶激活受體-γ（PPAR-γ）途徑（P = 4.22×10-10,2.42×10-13,8.56×10-16）。AA樣品中動脈粥樣硬化蛋白的類似分析（FP：n = 9，NL：n = 18）也產生與LAD中TNF活化相一致的模式（P = 1.92×10-5）。然而，在AA樣品蛋白質組學數據中，沒有令人信服的證據表明抑制胰島素受體、PPAR-α或PPAR-γ途徑。在靈敏度分析中，對于FP與NL樣品中觀察到關于上游調節劑和調節途徑的定性相似結果（q≤0.01）。LAD和AA的動脈粥樣硬化樣品中胰島素受體、PPAR-α或PPAR-γ途徑的明顯抑制表明，早期動脈粥樣硬化中已存在代謝紊亂。
圖3 LAD蛋白數據凸分析結果
圖4 病理蛋白質組學表型
4. 冠狀動脈和主動脈蛋白質組的差異網絡分析
復雜自適應系統的一個重要特征是網絡拓撲在不同條件下的變化潛力。因此，作者使用差異依賴性網絡分析，篩選在重組LAD中NL和FP之間的網絡結構重排中起關鍵作用的蛋白，并發現三羧酸蛋白顯著富集（P = 4.8×10-6）。 隨后對單個三羧酸蛋白質的分析發現富含FP的樣品中三羧酸蛋白質與NL相比平均減少60％。對LAD的線粒體蛋白進行DIA-MS分析，結果表明，在調整血管平滑肌特異性管家蛋白、年齡和性別后，與NL樣本相比，FP樣本中的多種線粒體蛋白質一致減少。相比之下，對AA樣本中相同蛋白質的類似分析顯示，兩種樣本的可溶性ECM蛋白均有適度的增加動脈粥樣硬化。
圖5 對LAD FP蛋白差異依賴性網絡分析
圖6 LAD 和AA 的FP和NL樣品線粒體比較分析
5. 血漿多重動脈粥樣硬化生物標志物組的臨床驗證
為了確定通過使用人動脈樣本發現的FP蛋白可以作為冠狀動脈粥樣硬化的信息性血漿生物標志物，作者開發了一種高度可重復的MRM分析，對25種可以在血漿中測量的蛋白質進行檢測。隨后，作者比較了45例經血管造影證實的冠狀動脈粥樣硬化的婦女（病例）和41例無體征、無癥狀、無冠心病危險因素（對照）的相似年齡婦女的空腹蛋白水平。共發現13種有助于共同預測冠狀動脈粥樣硬化病情，同時也避免了過度擬合的蛋白。其中玻連蛋白、轉化生長因子-β誘導蛋白、補體因子7和載脂蛋白B均為陽性，與冠狀動脈粥樣硬化呈正相關，而三肽基肽酶1，ITI重鏈H1和白三烯A-4水解酶與冠狀動脈粥樣硬化呈負相關。
圖7 FP蛋白臨床驗證
文章小結
人類動脈蛋白質組可以被看作是一個復雜的網絡，其結構特征因解剖位置的功能和動脈粥樣硬化的存在與否而有很大的不同。這些數據表明，早期動脈粥樣硬化的線粒體蛋白豐度有顯著降低，同時也確定了血漿蛋白的一個子集，這些蛋白質對血管造影診斷冠狀動脈疾病具有高度的預測性。
解析文獻
Herrington DM , Mao C, et al. Proteomic Architecture of Human Coronary and Aortic Atherosclerosis. Circulation, 2018, 137(25):2741-2756.
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