多肽在心血管疾病中的研究进展及展望

程子杰，钱玲梅 （南京医科大学第一临床医学院心内科，江苏南京210029）

多肽在心血管疾病中的研究进展及展望

程子杰，钱玲梅 （南京医科大学第一临床医学院心内科，江苏南京210029）

多肽组学是蛋白质组学的一个分支，近年来受到了越来越多的关注．多肽组学逐渐成为各领域研究的热点，如炎症疾病，心血管疾病等．已有越来越多的多肽被作为药物应用于临床，因此多肽将在心脏疾病的防治中具有广阔的前景．本研究对近几年来多肽组学主要的研究方法及多肽在心脏领域内的最新进展进行综述．

多肽；心脏发育；心脏再生

0 引言

进入21世纪以来，随着计算机技术、分离及分析等技术的进步，多肽组学逐渐成为一门新兴热门学科［1］．多肽组学是研究多肽的组成、功能、变化规律与相关关系的学科，是对基因组学和蛋白质组学的补充．然而，多肽组学的研究颇具难度，其复杂的结构和动态变化性对研究人员提出了新的挑战［2］．多肽不仅仅是蛋白质降解的产物，还是重要的生物活性分子，参与了许多生理活动．在心脏方面，多肽组学的研究较少，但多肽在心血管结构和功能中发挥着重要作用［3］．

1 多肽的定义、命名及分类

多肽通常是指分子量不超过10 kDa的小分子量蛋白，由两个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫做二肽，同理类推还有三肽、四肽、五肽等．通常由三个或三个以上氨基酸分子脱水缩合而成的化合物都可以称为多肽．根据多肽的来源，可以将其分为内源性生物活性肽和外源性生物活性肽［4］．内源性生物活性肽主要是指人体内存在的、天然的生物活性肽．生物活性肽一般以较低丰度表达，特别是在翻译后可由蛋白水解酶进行位点特异性的降解，这使得对肽的检测尤为困难［2］．外源性生物活性肽主要指动植物、微生物体内的、天然生物活性肽．

2 多肽研究的工具

2．1 多肽的鉴定质谱法（mass spectrometry，MS）是利用电磁学原理，对荷电分子或亚分子片段依其质量和电·荷的比值（质荷比，M／Z）进行分离和分析的方法．质谱不仅可以检测多肽单元的完整信息，还可以同时检测多肽的数量．在质量分析器中，利用电场或磁场使这些离子发生不同的速度色散，再将它们分别聚焦，进而得到图谱确定其质量．

2．2 多肽的定量对含量差异微小的多肽样本进行定量是多肽组学中最重要、也是最具有挑战性的任务之一［5］．不同生理条件下样品之间肽丰度的差异可以从所测量的肽接收的信号进行统计学的推断．

2．2．1 化学标记法 肽的相对丰度的测量可以通过同重元素标记法，分别在培养的细胞或者动物体内，在肽合成的阶段将一种富集同位素的元件打入生长介质或用于标签的蛋白［6］．该方法更适合于在细胞系或低级组织内的标记蛋白．

2．2．2 非标记法 非标记法是生物学研究中最广泛使用的方法，使用非标记法最显著的一个优点是没有样本量的限制［5］．非标记法的策略是质谱检测计数，这项技术认为肽的丰度与每条被检测的肽的序列呈线性相关．

2．2．3 多肽组学的绝对定量 多肽的绝对定量在有参考肽或内源性定量标准的情况下，利用质谱技术可以对多肽进行精确的定量．然而这项技术并未得到广泛推广，因为其在使用的过程中需考虑个性化的定量标准．但是对于特定的肽进行定量分析仍不失为一个好的选择［7］．

2．3 其他工具运用在线计算工具对差异多肽的等电点（PI）和分子质量（MW）进行描述和分析．IPA（ingenuity pathway analysis）软件：使用IPA软件可进一步探索差异表达的多肽及其前体蛋白的生物学意义，对差异多肽及其蛋白前体所参与的经典生物学路径进行分析［8］．

3 多肽组学的应用

3．1 多肽作为功能学单位许多病理过程中伴随着蛋白水解酶的活动，从而影响了多肽组学的研究．此外，一些来自长链非编码RNA编码的小肽也可以在体内发挥生物学的调节功能．所以，从多肽水平来分析生理⁃病理生理的改变显得尤为必要［9］．现在对人和鼠中小肽的研究还处于起步阶段，目前鉴定了一部分具有生物学功能的小肽．Anderson等［10］发现了一个长度为46个氨基酸的小肽MLN，能够与内质网钙泵SERCA特异性结合，抑制SERCA对Ca2＋摄入，调节骨骼肌收缩．研究者们还在一例患有阿尔茨海默病患者的cDNA文库中，筛选到一个含24个氨基酸残基的SEP，将其命名为Humanin［11］，它可以逆转由多种阿尔茨海默病相关基因突变所导致的神经细胞凋亡，具有治疗阿尔茨海默病的潜能．

3．2 多肽作为疾病诊断标志物大量的肽是在细胞内合成并受到调控的，其中一些则可以在组织内或体液内检测到，所以对于人体内这些肽的检测和定量可以作为疾病早期的诊断标志物［2］．多肽的动态变化可作为人体健康的一个参考标准．而其本身又受到多种因子的调控［12］．目前已经发现了许多肽可作为疾病诊断的标志物．Bery等［13］在卵巢癌患者的腹腔积水中发现了777个差异表达的多肽，而其中的12条可能是卵巢癌潜在的肿瘤标志物．Zhang等［14］发现了一个新的方法来辨别早期乳腺癌可变剪切的标志物亚型．Tian［15］检测了人HBV感染的多肽表达谱，识别了可能影响疾病进展的特异性血清肽．

4 多肽在心血管疾病研究中的进展

心脏功能的顺利执行主要依赖于精确的调控网络，病理生理反应以及环境适应能力．心脏的独特性不仅体现为其复杂的生物学发育过程，体系结构和不间断收缩的特性，而且还体现在它具有能够及时地对不断变化的生理和神经心理情况做出反应的能力［16］．因此，调节心脏发育和适应能力的调控网络，一直都在被深入的研究探索［17］．

心血管疾病在全世界范围内仍然是发病率最高的疾病，所以挖掘新的诊疗工具对疾病的诊断及治疗有重要的意义．多肽组学在心血管疾病中的研究主要有两方面，一是发现在疾病病理生理过程中具有功能的肽，作为治疗的药物进行研究．二是寻找那些对疾病状态作出反应的肽，这些肽可能作为疾病的诊断标志物．

4．1 高血压回顾近几年文献，心房钠尿肽（ANP）和脑钠肽（BNP）都参与了血压和体液稳态的调节［18］，在新生儿体液循环中ANP的水平要明显高于成人，而新生儿心室中ANP和BNP的水平都要高于成人，这可能是由于新生儿的心室较成人有着更强的ANP储存能力［3］．脑钠肽（BNP）是一种主要由心肌细胞产生的，具有利尿、利钠和血管舒张功能的心脏利钠激素．心房利钠肽（ANP）的作用是减少循环系统中的水钠负荷，从而降低血压［19］．ANP和BNP主要都在心脏组织合成：ANP来自心房、BNP来自心室［20］，一些小鼠模型已经阐明了这些钠尿肽的作用［21］，这些数据均显示钠尿肽对于心脏发育的特定通路有着重要的作用．

钠尿肽信号通路的复杂性通过另外两个受体NPR2和NPR3与相应的活性肽的相互作用得到了进一步的阐明．NPR2在心脏发育中的作用还未完全阐明，但是在大鼠上过表达NPR2的一个亚型受体可以造成心脏的肥大．在小鼠上敲除NPR3可以导致高血压和骨骼肌的损害［22］．

4．2 先天性心脏病Eindhoven等［23］在研究成人先天性心脏病N⁃末端脑钠肽原（NT⁃proBNP）水平与其心室功能关系时发现，NT⁃proBNP水平在各种先天性心脏之间的表达有所不同．法洛四联症患者，升高的NT⁃proBNP水平通常与左心室功能减退有关．大动脉转位的患者，NT⁃proBNP水平与右心室容积和右心室收缩功能相关．

Chen等［24］发现了一条由高度保守的基因所编码的肽，这条肽对于斑马鱼的心脏发育较为重要．ELABELA，之前一直被认为是非编码RNA，然而，作者发现ELABELA含有一段保守的ORF可以编码54个氨基酸的蛋白．ELA成熟体仅由32个氨基酸构成．研究人员变异了一些等位基因以此证明ELA可以导致心脏形态的异常．ELA变异的表型类似于APLNR受体变异，而且ELA和APLNR均在原肠胚期前表达［25］．ELA在人胚胎干细胞和成人前列腺及肾脏组织中均有表达，研究人员认为ELA对成人心脏可能会有保护作用．

4．3 心力衰竭有研究［26－27］分析了舒张性心力衰竭患者血浆中的成纤维细胞生长因子FGF21，发现FGF2可以促进体内葡萄糖的平衡和脂质能量代谢，从而减弱心脏肥大．通过一年的随访，发现血浆FGF21对心血管不良事件的发生有着较好的预测能力，这一发现表明FGF21可能参与到了舒张性心力衰竭的病理生理过程．

4．4 冠状动脉粥样硬化性心脏病冠状动脉粥样硬化性心脏病是冠状动脉血管发生动脉粥样硬化病变而引起血管腔狭窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或坏死而导致的心脏病．Ames等［28］最初在鱼脊髓发现含有11个氨基酸的环形肽，尾加压素II（urotensin II，U II）是目前发现的哺乳动物体内最强大的缩血管作用内源性活性肽．血清UII的水平与颈动脉粥样硬化、冠脉疾病患者的病情呈明显正相关，在AS患者冠脉样本上含量较高．Segain等［29］发现U II可作为单核细胞的趋化因子发挥促炎症作用参与AS的发生．Shiraishi等［30］发现UII还可促进活性氧（ROS）产生和泡沫细胞形成．血管紧张素II（AngII）来源多肽有Ang⁃（1－7）、AngIII和AngIV，细胞内和组织局部的RAS作用，AngII收缩血管壁引起炎症、氧化应激导致的内皮损伤是直接导致AS发生的重要原因，Ang⁃（1－7）有拮抗AngII作用，改善血管舒张功能、抑制VSMC增殖迁移、降低血脂水平［31］，对动脉粥样硬化的发生发展有保护作用．

4．5 心房颤动心房颤动是临床常见的快速心律失常之一，Apelin也是一种内源性肽类激素，直接参与心肌细胞收缩和电生理改变，有很强的正性肌力作用，可参与调节心血管系统的稳态．Ellinor［32］团队在对孤立性房颤患者的研究中发现，房颤患者apelin水平较健康对照组明显减低．Falcone等［33］研究显示，血浆apelin水平在中位数以下的患者，其房颤复发的风险明显增高，血浆apelin水平低且伴有BNP高水平的患者，则预后更差．因此，血浆apelin低水平有助于识别房颤高危人群，是房颤复发及判断预后的一项危险因素．

Parikh等［34］研究发现松弛素（Relaxin）可能通过抗纤维化、抗炎、改善心肌重构、调节离子通道电流等机制延缓房颤的发生发展，有望成为临床房颤治疗的新方法．

5 展望

多肽在许多生理和病理生理过程中都发挥了重要的作用，因此探索多肽水平的改变特别是蛋白水解酶产生的活性片段的变化对于发现新的诊疗工具有提示意义．近年来，质谱技术的快速进步对于多肽的研究有着极大的促进作用．如何在体内高效的提取多肽，在体外精准的定量多肽对于多肽组学未来的研究将会是一大难点．作为一门新兴学科，多肽组学也存在一些缺陷，比如一些提取手段无法大规模推广，研究成本过高，多肽本身结构的特殊性等都为研究设置了难题．许多研究只是筛选了一些差异表达的多肽而未能对其功能及机制做进一步的阐明．相信随着研究技术的不断成熟，多肽组学将会为临床诊疗工作做出更多的贡献．

［1］Scrivener E，Barry R，Platt A，et al．Peptidomics：A new approach to affinity protein microarrays［J］．Proteomics，2003，3（2）：122－128．

［2］Lai ZW，Petrera A，Schilling O．The emerging role of the peptidome in biomarker discovery and degradome profiling［J］．Bio Chem，2015，396（3）：185－192．

［3］Cameron VA，Ellmers LJ．Minireview：natriuretic peptides during development of the fetal heart and circulation［J］．Endocrinology，2003，144（6）：2191－2194．

［4］Soloview M，Finch P．Peptidomics，current status［J］．J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci，2005，815（1－2）：11－24．

［5］Romanova EV，Dowd SE，Sweedler JV．Quantitation of endogenous peptides using mass spectrometry based methods［J］．Curr Opin Chem Biol，2013，17（5）：801－808．

［6］Gygi SP，Rist B，Gerber SA，et al．Quantitative analysis of complex protein mixtures using isotope⁃coded affinity tags［J］．Nat Biotechnol，1999，17（10）：994－999．

［7］Rubakhin SS，Sweedler JV．Quantitative measurements of cell⁃cell signaling peptides with single⁃cell MALDI MS［J］．Anal Chem，2008，80（18）：7128－7136．

［8］Bortner JD Jr，Das A，Umstead TM，et al．Down⁃regulation of 14⁃3⁃3 isoforms and annexin A5 proteins in lung adenocarcinoma induced by the tobacco⁃specific nitrosamine NNK in the A／J mouse revealed by proteomic analysis［J］．J Proteome res，2009，8（8）：4050－4061．

［9］Boonen K，Creemers JW，Schoofs L．Bioactive peptides，networks and systems biology［J］．Bioessays，2009，31（3）：300－314．

［10］Anderson DM，Anderson KM，Chang CL，et al．A micropeptide encoded by a putative long noncoding RNA regulates muscle perform⁃ance［J］．Cell，2015，160（4）：595－606．

［11］Hashimoto Y，Niikura T，Tajima H，et al．A rescue factor abolishing neuronal cell death by a wide spectrum of familial Alzheimer's disease genes and Abeta［J］．Proc Nati Acad Sci U S A，2001，98（11）：6336－6341．

［12］Schrader M，Schulz⁃Knappe P．Peptidomics technologies for human body fluids［J］．Trends Biotechnol，2001，19（10 Suppl）：S55－S60．

［13］Bery A，Leung F，Smith CR，et al．Deciphering the ovarian cancer ascites fluid peptidome［J］．Clin Proteomics，2014，11（1）：13．

［14］Zhang F，Wang M，Michael T，et al．Novel alternative splicingisoform biomarkers identification from high⁃throughputplasma proteomics profiling of breast cancer［J］．BMC Syst Biol，2013，7 Suppl 5：S8．

［15］Tian L，Wang Y，Xu D，et al．The differential diagnostic model for serous peptidomics in HBV carriers established by MALDI⁃TOF⁃MS analysis［J］．Clinical biochemistry，2014，47（1－2）：56－62．

［16］Davidson EH，Erwin DH．Gene regulatory networks and the evolution of animal body plans［J］．Science，2006，311（5762）：796－800．

［17］Wilczynski B，Furlnong EE．Challenges for modeling global gene regulatory networks during development：insights from Drosophila［J］．Dev Biol，2010，340（2）：161－169．

［18］Hsu JH，Yang SN，Chen HL，et al．B⁃type natriuretic peptide predicts responses to indomethacin in premature neonates with patent ductus arteriosus［J］．J Pediatr，2010，157（1）：79－84．

［19］Yoshimura M，Yasue H，Okumura K，et al．Different secretion patterns of atrial natriuretic peptide and brain natriuretic peptide in patients with congestive heart failure［J］．Circulation，1993，87（2）：464－469．

［20］Daniels LB，Maisel AS．Natriuretic peptides［J］．J Am Coll Cardiol，2007，50（25）：2357－2368．

［21］Becker JR，Chatterjee S，Robinson TY，et al．Differential activation of natriuretic peptide receptors modulates cardiomyocyte proliferation during development［J］．Development，2014，141（2）：335－345．

［22］Matsukawa N，Grzesik WJ，Takahashi N，et al．The natriuretic peptide clearance receptor locally modulates the physiological effects of the natriuretic peptide system［J］．Proc Nati Acad U S A，1999，96（13）：7403－7408．

［23］Eindhoven JA，van den Bosch AE，Ruys TP，et al．N⁃terminal pro⁃B⁃type natriuretic peptide and its relationship with cardiac func⁃tion in adults with congenital heart disease［J］．J Am Coll Cardiol，2013，62（13）：1203－1212．

［24］Chen SC，Ho L，Tian J，et al．ELABELA：a hormone essential for heart development signals via the apelin receptor［J］．Dev cell， 2013，27（6）：672－680．

［25］Charo DN，Ho M，Fajardo G，et al．Endogenous regulation of cardiovascular function by apelin⁃APJ［J］．Am J Physiol Heart Circ Physiol，2009，297（5）：H1904－H1913．

［26］Scott NJ，Ellmers LJ，Lainchbury JG，et al．Influence of natriuretic peptide receptor⁃1 on survival and cardiac hypertrophy during devel⁃opment［J］．Biochim Biophys Acta，2009，1792（12）：1175－1184．

［27］Chou RH，Huang PH，Hsu CY，et al．Circulating Fibroblast Growth Factor 21 is Associated with Diastolic Dysfunction in Heart Failure Patients with Preserved Ejection Fraction［J］．Sci Rep，2016，6：33953．

［28］Ames RS，Sarau HM，Chambers JK，et al．Human urotensin⁃II is a potent vasoconstrictor and agonist for the orphan receptor GPR14［J］．Nature，1999，401（6750）：282－286．

［29］Segain JP，Rolli⁃Derkinderen M，Gervois N，et al．Urotensin II is a New Chemotactic Factor for UT Receptor⁃Expressing Monocytes［J］．J Immunol，2007，179（2）：901－909．

［30］Shiraishi Y，Watanabe T，Suguro T，et al．Chronic urotensin II infu⁃sion enhances macrophage foam cell formation and atherosclerosis in apolipoprotein E⁃knockout mice［J］．J Hypertens，2008，26（10）：1955－1965．

［31］Fraga⁃Silva RA，Savergnini SQ，Montecucoo F，et al．Treatment with Angiotensin⁃（1－7）reduces inflammation in carotid atheroscle⁃rotic plaques［J］．Thromb Haemost，2014，111（4）：736－747．

［32］Ellinor PT，Low AF，Macrae CA．Reduced apelin levels in lone atrial fibrillation［J］．Eur Heart J，2006，27（2）：222－226．

［33］Falcone C，Buzzi MP，D'angelo A，et al．Apelin plasma levels predict arrhythmia recurrence in patients with persistent atrial fibrillation［J］．Int J Immunopathol Pharmacol，2010，23（3）：917－925．

［34］Parikh A，Patel D，Mctiernan CF，et al．Relaxin suppresses atrial fibrillation by reversing fibrosis and myocyte hypertrophy and increasing conduction velocity and sodium current in spontaneously hypertensive rat hearts［J］．Cir Res，2013，113（3）：313－321．

Progressand prospectofpolypeptidein cardiovascular diseases

CHENG Zi⁃Jie，QIAN Ling⁃Mei
Department of Cardiology，First Clinical Medical College of Nan⁃jing Medical University，Nanjing 210029，China

Peptidomics is a branch of proteomics，which has received more and more attention in recent years．Peptidomics has become a hot topic in various fields，such as inflammatory diseases，cardiovascular diseases and so on．More and more polypeptides have been used as drugs in clinical practice，so polypeptides have broad prospects in the prevention and treatment of heart diseases．In this study，the main research methods of peptidomics in recent years and the latest progress of polypeptides in the field of heart were reviewed．

polypeptide；heart development；heart regeneration

R541．1

A

2095⁃6894（2017）02⁃77⁃04

2016－11－25；接受日期：2016－12－10

国家自然科学基金（81370278）

程子杰．硕士．研究方向：内源性多肽对心肌缺氧损伤的影响．E⁃mail：chengzijie1992＠gmail．com

钱玲梅．主任医师，副教授．E⁃mail：lmqian＠njmu．edu．cn