日本血吸虫蛋白质组学研究进展*

刘春艳,王敬祥,林瑞庆*,朱兴全

(1.华南农业大学,广东广州 510642;2.荣成出入境检验检疫局,山东荣成 264300)

日本血吸虫蛋白质组学研究进展*

刘春艳1,王敬祥2,林瑞庆1*,朱兴全1

(1.华南农业大学,广东广州 510642;2.荣成出入境检验检疫局,山东荣成 264300)

随着日本血吸虫(Schistosoma japonicum)基因组学的发展,应用双向电泳、质谱分析及生物信息学分析开展的蛋白质组学研究正成为日本血吸虫研究的前沿领域。生物体中的基因是相对稳定,但是蛋白质的活动随着生命活动的进行表现出动态的变化,并具有对外界环境发生反应的能力。对日本血吸虫进行蛋白质组学方面的研究,能直接地反映其生理功能的过程。这些研究为研制开发抗日本血吸虫病疫苗、新型治疗药物提供了新的途径。论文从日本血吸虫童虫部分差异表达蛋白、成虫蛋白质的性别差异性、药物相关蛋白组学、免疫蛋白组学等方面,对日本血吸虫蛋白质组学研究做了概述。

日本血吸虫;差异表达蛋白;蛋白质组学

血吸虫病分布广泛,危害严重,为人畜共患的重大疾病之一。该病在非洲、亚洲和南美洲有2亿多人感染,在70多个国家呈地方性流行[1],我国为日本血吸虫病的主要流行区之一。随着血吸虫基因组计划的顺利开展,血吸虫蛋白质组学研究已成为研究热点之一。血吸虫生活史复杂,并且每个生活周期的基因表达不一样,仅知道基因组遗传密码仍不能确切了解一个生物体是如何工作的。我们需要从整体水平上分析蛋白质及其功能,也就是要对生命体进行蛋白质组学方面的研究[2-3]。目前用于蛋白质组学研究的技术体系主要是以双向电泳为主的蛋白质分离技术和以质谱分析为主的蛋白质分析技术[4]。

血吸虫不同发育阶段虫体引起宿主的病变和临床症状不同,针对血吸虫不同发育阶段的虫体蛋白质组,应用蛋白质组学双向电泳技术、质谱分析技术、生物信息学等方法研究分析,找出在生长发育中起关键作用的酶或其他蛋白,并进一步研究其生物学功能。近年来,利用蛋白质组学的方法研究分析日本血吸虫童虫部分差异表达蛋白、成虫蛋白质的性别差异性、药物相关蛋白组学和免疫蛋白组学等方面。这些研究为研制开发抗血吸虫病疫苗、新型治疗药物和新诊断方法提供了新的途径。

1 童虫差异表达蛋白研究概况

血吸虫童虫是血吸虫在终末宿主体内发育的早期阶段,日本血吸虫童虫期差异表达蛋白与血吸虫初期的生长发育息息相关,早期童虫可能是宿主保护性免疫的攻击靶,故对血吸虫童虫期分子进行筛选,可能是发现候选疫苗分子的一个新的切入点。

赵晓宇等[5]应用蛋白质组学技术对日本血吸虫童虫(16日龄)虫体可溶性蛋白进行了分离,应用image-aster软件对其双向电泳图谱分析。结果表明,2 000个±69个蛋白斑点,其中500个±86个蛋白斑点为血吸虫雌虫和雄虫的蛋白所共有,童虫特异呈现的蛋白斑点有26个±1个。对其中20个童虫特异呈现的蛋白斑点进行质谱和生物信息学分析,结果发现烯醇酶和二磷酸果糖醛缩酶等16种童虫特异呈现的蛋白。对这些蛋白进行生物学功能预测的结果表明:这些差异表达蛋白主要参与蛋白信号转导、生物合成、能量代谢和细胞构成等。孙安国等[6]对8日龄和19日龄童虫分别抽提可溶性及疏水性蛋白,建立24 cm,pH 3～11的高重复性银染及考染双向电泳图谱,分别分析检测到可溶性蛋白斑点1 465±41,1 230±30个;疏水性蛋白斑点986±22,114±535个。在图谱分析的基础上用电喷雾线性离子阱质谱或基质辅助激光解析电离飞行时间串联质谱对表达稳定的差异可溶性蛋白进行鉴定,成功获得了8日龄童虫29个、19日龄童虫16个蛋白斑点的肽指纹图谱及肽序列检测数据。数据库检索结果表明,这些蛋白主要与细胞运动,蛋白折迭、修饰、合成,核酸合成,信号转导、肌肉发育、电子传递等功能相关。

研究这些童虫差异表达蛋白有助于血吸虫病新型疫苗、药物的研制和早期诊断抗原的筛选,对进一步揭示血吸虫的生长发育和生殖机理也奠定了基础。

2 成虫蛋白质组性别差异性研究概况

日本血吸虫雌雄异体但终生合抱,雌虫只有合抱于雄虫的抱雌沟中,其卵黄细胞才有产生蛋白质颗粒及增强梅氏腺细胞合成的能力[7]。所以,研究成虫蛋白质组的性别差异将为有效控制成熟雌虫产卵提供依据。朱建国等[8]利用双向电泳技术对日本血吸虫中国大陆株雌雄虫体蛋白质进行电泳分析,结果在43 ku,pI 5.60～5.90处发现雄虫有一条长度和宽度均超过雌虫并由多个斑点连在一起组成的条带,并有3个较雌虫大的斑点;雌虫则有7个特异性斑点,且有一处较雄虫深的着色区。可见,日本血吸虫成虫蛋白质表达有性别差异性,可通过比较雌虫和雄虫的蛋白质提取物,检测出性别差异蛋白。雌性和雄性差异表达蛋白与成长发育、性成熟、信号传导和激素受体有关[9]。

吴忠道等[10]分析日本血吸虫雌雄成虫可溶性蛋白组分,发现日本血吸虫雌雄成虫可溶性蛋白组分存在较大差异。Dai G等[11]对日本血吸虫单性感染雄虫和双性感染雄虫蛋白质表达谱进行分析,成功鉴定出9个日本血吸虫雌雄合抱差异表达蛋白,其中在日本血吸虫雄虫合抱前表达上调的蛋白质有6个;在合抱后表达明显上调的有3个。其中脂肪酸结合蛋白能诱导小鼠产生免疫保护作用[12]。

程国峰等[13]研究表明,雌雄成虫分别独特呈现23±2个和41±4个可溶性蛋白斑点、26±3个和11±1个疏水性蛋白斑点、4和5个膜蛋白斑点。鉴定了28个合抱后雌雄成虫特异呈现的蛋白。结果提示:参与细胞间信息传递的信号分子、参与基因转录和蛋白翻译的调控分子和参与代谢的酶类、发育调节因子等在合抱后雌雄虫呈现出差异表达。

3 药物相关蛋白组学研究概况

由于对抗血吸虫作用的靶点不明确,药物杀虫的分子机制不清楚等原因,抗日本血吸虫新药进展较慢。目前利用蛋白质组学,建立药物处理前后蛋白质组图谱,比较差异表达的蛋白质,寻找药物作用的靶分子,为进一步阐明潜在药物作用机制和新药物开发提供了依据。张玲等[14]通过蛋白质组学的方法鉴定吡喹酮处理前后日本血吸虫成虫蛋白质组,发现处理前后蛋白质组具有差异。吡喹酮处理后促进或抑制了血吸虫某些特定基因的表达,明显差异表达的蛋白主要是与细胞骨架、细胞应激、细胞间信号转导有关,其中大部分是位于体表的蛋白质[15]。Liu F等[16]鉴别出373个膜蛋白,其中 9种可能有潜在的药物靶位。体壁不但是成虫摄取营养的重要部位,也是逃避宿主免疫识别的屏障,膜蛋白是药物化疗的候选靶蛋白。

4 免疫蛋白组学研究概况

日本血吸虫病在中国等国家流行较严重,疫苗防控应是其理想方法,应该具有较好的应用前景[17]。特别是随着基因组学研究的进展和蛋白质组学技术及生物信息学技术的不断成熟,利用蛋白质组学寻找疫苗的新靶点,成为研究抗血吸虫病疫苗的重要途径。通过对其五个生活史不同时期的研究,得到大量各个时期的特异性蛋白质,为筛选潜在的靶位点提供了必要的资料[18]。

李林等[19]利用蛋白质组学技术,分离、鉴定出日本血吸虫天然分子质量31 ku～32 ku抗原组分,发现其中3个蛋白点与这些天然分子中起保护性的有效分子密切相关。Abdel-Hafeez E H等[20]用蛋白质组学的方法对日本血吸虫IgG抗体进行疫苗候选抗原的鉴别,共获得了8个候选基因,结果表明重组蛋白AAW27472.1和AXX25883.1具有较强烈的作用效果,并且利用二维液相色谱法能够从粗提物中获得免疫原性蛋白,为疫苗的研制和临床诊断提供了依据。研究表明,在血吸虫沉积物引起的肉芽肿中发现了宿主中性粒细胞弹性蛋白酶,也就是说,宿主的先天性免疫分子能够进入肉芽肿结构中以抵抗血吸虫的感染;另外,蛋白酶因子和过氧化物歧化酶被血吸虫用来抵抗或消弱宿主的免疫。对日本血吸虫各时期的膜蛋白的研究,推测其某些结构能够捕获宿主蛋白,具有免疫逃逸功能[21]。

血吸虫在其不同的发育阶段能够分泌特异的分泌物,这些分泌物能直接作用于宿主,介导感染过程。通过对这些分泌物的研究不但能够进一步揭示寄生虫的致病机理,还能提供候选疫苗的靶位。Dvorák J等[22]对日本血吸虫进行蛋白质组学分析,鉴定了361个蛋白质,其中15种为蛋白酶,并且日本血吸虫的组织蛋白酶B2能够消化宿主的表皮和结缔组织。

Yang L L等[23]利用蛋白质组学技术分离、鉴定日本血吸虫正常尾蚴及紫外线致弱尾蚴虫体间差异表达蛋白,分析得出20个差异表达蛋白,其中有些蛋白点与胞质环流、吞噬作用及细胞分裂、运动相关;有些是能量的生成、转化及糖酵解过程中不可或缺的酶;还有些来源于与翻译后修饰、分子伴侣、蛋白代谢等密切相关的热休克蛋白家族;另有参与蛋白加工、细胞内钙调节、抗原递呈等重要进程的一些蛋白如钙网蛋白等。这些结果为进一步阐明致弱尾蚴诱导宿主产生高免疫保护力的分子机制提供了实验基础。陈雷等[24]模拟辐照致弱血吸虫尾蚴或童虫疫苗模型,以童虫期体被蛋白分子作为待筛选的目标序列,利用在线服务器分别对有关序列进行跨膜区与信号肽的预测分析,采用结合基序扫描与计分矩阵等算法,以及基于多种分子动力学算法的配体受体相互对接的分子建模方法等进行Th细胞表位预测,初步鉴定获得了1个候选体被蛋白Th细胞表位,为合理高效地研发抗血吸虫疫苗开辟了一条新的途径。

5 结语

基因只有通过翻译才能表达成为蛋白质以实现其功能。蛋白质在合成时又具有相对独立的修饰、转运,而且具有对外界环境发生反应的能力。也就是说,从蛋白质水平上进行研究,能更深入揭示生命现象的本质。蛋白质组学技术不断改进,新方法不断出现,蛋白质双向凝胶电泳技术与新近发展起来的肽指纹图谱分析相结合,在疾病诊断、模式生物蛋白质组学研究等领域得到了广泛应用。提高了样品蛋白质组分的分离效果,增加了结果判定的可靠性[25]。随着蛋白质组学技术的不断改进,新方法的不断出现,提高了样品蛋白质组分的分离效果,增加了结果判定的可靠性。随着蛋白质组学技术的深入发展,日本血吸虫蛋白质组学的研究成果,将为研制开发新型疫苗、药物和诊断制剂提供重要的理论基础。

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Advances in Proteomics ofSchistosoma japonicum

LIU Chun-yan1,WANG Jing-xiang2,LIN Rui-qing1,ZHU Xing-quan1

(1.South China Agricultural University,Guangzhou,Guangdong,510642,China;2.Rongcheng Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Rongcheng,Shandong,264300,China)

With the development on genomics ofSchistosma japonicum,the proteomics techniques such as two-dimensional electrophoresis,mass spectrometry and bioinformatic analysis have been applied to the studies ofS.japonicum.The genome of an organism is comparatively constant,but the proteins express variously with different life stages and different environmental conditions.Studies on proteomics ofS.japonicumcontribute to uncover the mechanism of interaction between parasite and host,and find drug targets and vaccine candidates.T he present article briefly reviewed the advances in the proteomics studies ofS.japonicum,including differentially expressed proteins in schistosomulum,male and female,drug related proteomics research and immunoproteomics.

Schistosoma japonicum;differentially expressed protein;proteomics

S852.735

A

1007-5038(2010)01-0092-04

2009-07-29

国家“973”计划项目(2007CB513104)

刘春艳(1983-),女,广东广州人,硕士研究生,主要从事寄生虫病学研究。*通讯作者