蛋白质组学在高血压研究中的应用进展

孙娇，藏颖颖，刘清国

(北京中医药大学针灸推拿学院，北京 100029)

近年来，蛋白质组学技术不仅在各领域广泛应用，也成为医学研究的常用方法。蛋白质组学技术可以实现上万种蛋白质表达的一次性鉴定，揭示蛋白质参与生命活动的作用[1]。通过比较正常个体及病理个体间的蛋白质组找到某些“疾病特异性的蛋白质分子”，从而分析疾病的发生机制。高血压是临床常见的全球高发的慢性疾病，长期高血压可引发心、脑、肾重要靶器官的损伤，是心脑血管疾病的重要病因和危险因素，已成为世界范围内的重大公共卫生问题，但其发病原因及发病机制尚未完全清楚[2-3]。而蛋白质组学技术具有高灵敏、高精确性的特点，既可发现相关疾病的病因标志物，又可探讨潜在发病机制[4]。因此，从蛋白质组学入手，研究高血压相关的目标蛋白，并进一步揭示这些蛋白质相互作用的生物学途径和深层机制，对阐明高血压的发病机制具有重要意义。现从蛋白质组学的原理及特点、蛋白质组学在高血压病理机制中的研究及高血压治疗中的应用等方面进行综述，以为未来高血压相关研究提供理论依据。

1 蛋白质组学的原理和特点

蛋白质组学集中于动态描述基因调节，对基因表达的蛋白质水平进行定量测定，从而鉴定疾病、药物对生命过程的影响，以及解释基因表达调控的机制[5]。目前，蛋白质组学技术主要有双向凝胶电泳技术、等电聚焦、生物质谱、飞行时间质谱、高效液相色谱技术及同位素标记亲和标签技术等，采用NRDB和dbEST数据库可对蛋白质鉴定结果、蛋白质的亚细胞定位、蛋白质在不同条件下的表达水平等信息进行统计[6]。

蛋白质组学技术致力于研究细胞、组织、器官、个体、某一物种在特定条件、时间表达的全部蛋白质图谱，以期全面、整体地认识细胞代谢、疾病发生等过程。其动态性、复杂性、整体性、稳定性对揭示疾病的证候本质有巨大优势。蛋白质组学是以蛋白质为对象，研究生物体蛋白质组成及变化规律的科学，近年来已成为医学研究不同领域的重要工具，用于早期疾病检测、评估治疗反应和阐明潜在的病理生理机制。尽管大多数高血压患者的治疗方法相似，但其致病原因复杂。蛋白质组学对基因“蛋白质”的“下游”产物的研究有助于深入探讨高血压发病机制[7]。

2 蛋白质组学在高血压病理机制中的研究

高血压病因复杂，其发病机制尚待证实，病理过程涉及免疫、炎症、代谢和神经内分泌等方面[8]，而蛋白质组学在高血压的临床诊断、筛查以及治疗方面起重要作用，为高血压的研究提供了一个新的平台与方法。因此，运用蛋白质组学技术对高血压机体内在蛋白质种类和丰度等进行研究，可从分子水平上准确阐述高血压病理状态下某些蛋白质的细微改变，从而分析高血压的发病机制[9]。

2.1蛋白质组学在高血压动物模型中的应用 近年来，自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats，SHR)成为最常用的高血压动物实验模型。SHR是选择性近亲交配20代而获得的具有稳定高血压的大鼠品种，发病率为100%。SHR的血压升高由多基因遗传决定，与人类高血压十分类似，是研究高血压发病机制较为理想的动物模型[10]。目前，该模型已被用于检测一系列高血压相关的蛋白质组。如Jin等[11]用二维凝胶电泳结合基质辅助激光解吸电离-飞行时间串联质谱检测SHR和WKY(Wistar-Kyoto)大鼠左心室心肌中的蛋白质表达，发现13种蛋白质在高血压前期出现显著变化，这些蛋白质作用于氧化应激和细胞能量代谢过程，表明心脏肥大与氧化应激反应有关。Hatziioanou等[12]利用二维凝胶电泳蛋白质组学方法对SHR和WKY大鼠的肾实质进行研究，发现在高血压发展早期，近端肾小管中氯离子细胞内通道蛋白4过表达，表明氯离子细胞内通道蛋白4可能是检测高血压肾硬化发展过程中肾小管改变的一个有用早期标志物。此外，SHR还可用于研究物理干预对蛋白质组学的影响，Feng等[13]对SHR和WKY大鼠进行了为期6周的无负荷游泳训练，发现SHR血压显著降低。随后，他们又通过液相色谱-质谱联用对运动训练和非运动组SHR的主动脉进行蛋白质组学分析，结果显示与非运动组相比，运动训练组SHR的9种差异蛋白显著表达，其中5种表达上调，4种表达下调，从而使血压下降。可见，蛋白质组学技术可成功应用于SHR模型的相关研究，以分析高血压的病理机制。

此外，在高血压研究中还有非自发性高血压动物模型，如高血压的血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)输注模型。高血压是动脉血栓形成的危险因素，Gebhard等[14]对血小板蛋白质组进行了研究，通过对Fisher大鼠注射加压剂量AngⅡ[450 ng/(kg·min)]14 d进行造模。在分离纯化的血小板中，测定了45种与高血压相关的蛋白质，结果发现所有蛋白质在AngⅡ戒断后10 d内正常化，动物恢复正常。故认为，这些蛋白质可能是监测血压的有用生物标志物。Gao等[15]使用AngⅡ输注模型验证中枢Ga12/Gaq蛋白信号通路在高血压发展中的作用，发现Ga12/Gaq不仅在AngⅡ给药后的升压反应中起重要作用，还可参与交感神经兴奋性的调控。AngⅡ是导致血压升高的关键因素，因此通过AngⅡ输注造模，再结合蛋白质组学方法检测相关蛋白表达，可靶向验证由AngⅡ所导致的高血压引起的蛋白改变，以更加准确地阐述高血压的病理机制。

可见，蛋白质组学在高血压模型中的应用主要有自发性高血压动物模型和人工造模两类，运用模型可直接验证高血压相关蛋白的表达，并结合相应蛋白的功能分析高血压的病理机制。

2.2蛋白质组学在高血压并发症中的应用 高血压能显著增加脑卒中、慢性心力衰竭、肾功能损害等疾病的发生风险，是导致心脑血管事件的首要危险因素，严重威胁人类的身体健康和生命安全[16]。因此，高血压治疗过程中应密切关注心、脑、肾等器官的损伤情况，及时给予相应保护措施。近年来，对于高血压并发症的研究越来越广泛，蛋白质组学技术也被应用于高血压靶器官损伤的研究。

2.2.1高血压性心脏病(hypertensive heart disease，HHD) HHD的发病率逐年上升，血压升高可导致动脉粥样硬化、血管阻塞、心肌缺血和缺氧，严重威胁人类生命健康[17]。HHD发病早期，患者症状不明显，容易错过治疗时机。因此，了解HHD发病机制并及早控制血压是治疗关键。如刘尊忠[18]利用蛋白质组学方法，对无高血压、单纯高血压及HHD患者的心肌组织蛋白进行全面筛查,寻找与高血压和HHD相关的差异性蛋白。结果发现，与无高血压组、单纯高血压组相比，HHD组患者出现差异蛋白的变化，且涉及氧化应激、能量代谢等过程，为高血压和HHD的研究提供新方向。此外，在高血压左心室肥大的研究中，压力和应激超载导致转录组调节和触发心脏蛋白质组的变化，且随着作用时间的延长可引起左心室肥大和心力衰竭[19]。高血压应激反应可激活AngⅡ表达，AngⅡ进一步调节骨骼β-肌动蛋白、β-肌球蛋白重链、心钠素和纤连蛋白的表达，促进心脏表型重塑和肥大，引起心肌肥厚[20]。另外，高血压左心室肥大临床多见，蛋白质组学技术可以精确测定与该病密切相关的蛋白变化，为该病的靶向治疗提供依据。同时，高血压还可引起心房损伤，常见的有心房纤维化和心房颤动，研究发现转化生长因子-β1介导的信号通路与心脏纤维化和心房颤动密切相关，故抑制转化生长因子-β1表达，可以有效减轻心房损伤[21]。因此，蛋白质组学在HHD中的应用包含HHD病理过程中心脏结构、功能的相关研究，且通过对目标靶蛋白进行干预可以起到保护心脏的作用。由此可见，蛋白质组学在HHD诊断和预防的研究中发挥了重要作用。

2.2.2高血压肾损伤 高血压早期大多没有典型的症状，当疾病持续进展时可出现头晕、心悸以及肢体麻木等表现，最终引起肾脏的继发性损伤，严重影响患者的生活质量以及健康，因此研究高效的针对高血压肾损害的检测方法并进行及时干预和治疗具有重要的临床意义[22]。而蛋白质组学方法可以灵敏检测高血压肾损伤早期病变的蛋白变化，为该病的预防及治疗提供思路。研究发现，SHR从高血压前状态向高血压状态的转变伴随肾脏中基因表达的差异改变，在3周龄和9周龄SHR中可溶性环氧化物水解酶明显上调，而可溶性环氧化物水解酶主要定位于平滑肌动脉壁层，与维持血管动态平衡有关，故初步判断该蛋白可引起肾脏结构损伤[23]。由此可知，高血压前期就已出现肾损害的风险，且伴随肾脏器质性恶变的可能，因此在治疗高血压的同时应注重保护肾功能。Finne等[24]采用两肾一夹大鼠实验模型研究肾小管组织管状蛋白质组的变化，发现轻度高血压肾损伤的肾小管组织出现广泛的病理性蛋白质表达上调，且与进行性肾损伤相关的通路有关联。因此，蛋白质组学技术可发现形态上还不可见的管状损伤中的早期损伤标志物。此外，在高血压肾纤维化的研究中，骨膜素蛋白可导致炎症和肾纤维化，造成高血压肾损伤，成为目前高血压肾损伤的治疗靶点[25]。柳婷婷[26]在高血压肾损害的研究中发现，Rap1蛋白通路不仅在高血压合并肾功能不全中出现特异性表达，还可导致肾小管间质的损伤。可见，高血压肾损伤涉及功能性和器质性的变化，高血压前期主要以肾血管损伤为主，中后期出现肾小管损伤和肾纤维化，严重影响肾脏功能。而蛋白质组学运用于高血压肾损伤研究中，为高血压肾损伤发现靶向表达的病理性蛋白提供技术支持，从而为高血压肾损伤的早期诊断和治疗提供科学依据。

2.2.3高血压脑损伤 高血压脑病(hypertensive encephalopathy，HE)是内科较为常见的急症，常因急剧的血压升高而诱发，多发生在重症高血压患者中，是一种发展迅速，以症状、体征无明确神经定位为特点的临床综合征，严重危害人类生命[27]。目前，HE多在相关症状出现后治疗，甚至出现延误治疗而危及生命。因此，在控制血压的同时应当重视HE的发生，及早给予干预。如刘盛泽等[28]对高血压脑出血患者手术前后的脑脊液蛋白质谱进行分析，发现手术前后的脑脊液蛋白质表达比较差异有统计学意义，这些蛋白可作为区分术前、术后患者脑脊液差异蛋白的检测指标，其中Salusin-α有降低血压、参与细胞内钙信号转导、促进细胞增生等生物学效应，可能是高血压脑出血的分子标志。杨楚[29]对易脑卒中型SHR与SHR脑组织蛋白表达进行研究，发现两类模型脑卒中发生率与发生时间有很大不同，两种模型脑组织蛋白在代谢酶、氧化应激蛋白、信号转导分子等的表达上存在差异，因此利用该研究中的差异蛋白可为高血压脑卒中的预防提供依据。此外，HE伴有多脑区的脑损伤病变，蛋白质组学技术可宏观监测高血压发展中各中枢脑区的差异蛋白变化，进而分析脑损伤的深层机制。如有研究对SHR下丘脑中的差异蛋白进行分析，发现相关蛋白与氧化应激、神经元的增殖和分化及血管内皮功能等有关[30]；而SHR小脑中的差异蛋白主要与能量代谢、神经再生及过氧化物表达有关[31]。这些差异蛋白在HE脑损伤中发挥了重要作用。由此可知，蛋白质组学方法可用于鉴定HE及脑区的特异性蛋白，在防止脑损伤及治疗已出现的HE中发挥重要作用。

2.3蛋白质组学在高血压体液研究中的应用 体液中的蛋白质来源于与其密切接触的组织或细胞的分泌，体液蛋白质组的变化能反映这些组织的生理或病理改变，因此以寻找疾病相关生物标志物为主要目标的比较蛋白质组学是蛋白质组学研究的核心内容之一。在高血压的研究中可利用血浆、尿液等体液蛋白质组学方法探究高血压的发病机制。

血浆蛋白质组学可以灵敏检测疾病下游产物的表达，Gajjala等[32]进行了高血压患者血浆的蛋白质组学研究，发现与非高血压患者相比，高血压患者血浆中检测到27个分子决定簇的差异性表达，并使用27个分子决定簇基于血浆肽谱差异开发了蛋白质组学模型，通过质谱分析，鉴定出18个与高血压相关的决定簇，其中涉及的蛋白质经过分析得到三大类，分别为高血压病理产物、降压机制相关蛋白及降压治疗相关蛋白。血浆蛋白信息丰富，可用于检测机体在疾病状态下细胞中分泌或丢失的蛋白质，尤其在肺动脉高压研究中得到广泛应用[33]。Rhodes等[34]测量和验证了与特发性或遗传性肺动脉高压患者生存相关的血浆蛋白质水平，其中9种循环蛋白的组合可识别具有高死亡风险的肺动脉高压患者，独立于现有的临床评估，可用于临床管理和新疗法的评估中。

蛋白尿是高血压个体中心血管风险和肾损害的指标。其中，抑制肾素-血管紧张素系统可促进血压控制并防止新发性白蛋白尿的发展。然而，尽管有肾素-血管紧张素系统阻滞，仍有大量患者发生蛋白尿，可见高血压蛋白尿生理病理机制尚未得到充分研究。Gonzalez-Calero等[35]研究了有白蛋白尿高血压患者的外泌体蛋白变化，发现21种蛋白质在3个主要功能簇(糖胺聚糖降解过程、凝血和补体系统以及氧化应激)中相互作用。以此鉴定出的蛋白质构成药物开发的潜在靶标，并可能有助于确定治疗策略。此外，尿蛋白质组学还可用于验证高血压药物的治疗效应，Lindhardt等[36]运用尿蛋白质组学分类器对经螺内酯治疗的患者蛋白尿情况进行研究，发现尿蛋白质组学分类器可以识别出经螺内酯治疗后尿蛋白降低的患者，表明尿蛋白质组学可以预测高血压肾病的发生和进展。

综上可知，体液蛋白质组学的研究结果能直观反映高血压临床指征，不仅可以鉴定高血压的发病机制，有些研究还涉及高血压的诊断和预后，成为现代研究的重要方法之一。

3 蛋白质组学在高血压治疗中的应用

目前，高血压主要以降压药治疗为主，临床分为六大类，即利尿剂、β受体阻滞剂、α受体阻滞剂、血管紧张素转换酶抑制剂、AngⅡ受体阻滞剂和钙拮抗剂。降压药存在诸多不良反应[37]，故中药和针刺等中医疗法逐渐用于高血压的治疗，但具体降压机制还在研究中[38-39]。

蛋白质组学在高血压治疗中广泛运用。Martin-Lorenzo等[40]用液相色谱技术和蛋白质定量方法分析发现，高血压患者螺内酯给药前后尿液中血清触珠蛋白表达比较差异有统计学意义，且其表达随血压降低而减少；并进行蛋白质富集分析发现，触珠蛋白通过作用于氧化应激和慢性炎症反应过程而起到降压作用，提示螺内酯引起降压反应可能与触珠蛋白功能相关，这为临床螺内酯的使用提供了科学依据。栗源等[41]分析半夏白术天麻汤、地黄饮子和天麻钩藤饮对不同证型SHR的肾脏蛋白表达谱的作用特点，结果发现血压升高初期，天麻钩藤饮降压效果显著，而血压稳定并保持较高水平时，半夏白术天麻汤和地黄饮子降压效果优于天麻钩藤饮。该研究表明，利用蛋白质组学技术可以明确血压不同阶段的最佳用药，为临床治疗高血压提供依据。罗晓舟[42]运用蛋白质组学研究针刺太冲、太溪穴后SHR下丘脑蛋白表达的差异，发现针刺可下调下丘脑外周蛋白，这些外周蛋白与减少神经细胞凋亡、降低神经毒性、改善内皮功能障碍及调整神经系统自身免疫性损伤有关，初步推测针刺可以通过上述作用起到降压作用。可见，蛋白质组学已经运用到各类高血压治疗方法中，为验证中西医治疗高血压的机制、优化高血压治疗方案提供研究基础。

4 小 结

蛋白质是生命活动的执行者，随着机体病理改变而产生应答，且在疾病各阶段差异表达。为研究生命活动、疾病发生发展规律提供新思路[1]。蛋白质组学广泛应用于高血压各类研究中，从不同层次阐述了高血压的病理机制、治疗机制。高血压不同阶段、不同靶器官的差异性蛋白表达说明高血压致病机制复杂多样，而不同治疗使机体出现不同蛋白应答，起到降压效果。因此，蛋白质组学可应用于高血压相关的各类研究中，为科研工作提供有力的技术支持。

此外，虽然高血压蛋白质组学研究取得了阶段性进展，但仍存在一些问题：①蛋白质组学是动态监测疾病不同阶段的蛋白变化，而大部分实验研究时间有限，只能在限定时间内进行，不能全程监测蛋白变化；②高血压致病机制复杂，蛋白质组学不仅从蛋白表达角度说明高血压相关机制，还应结合其他研究方法，系统探讨高血压致病机制。因此，未来可通过检测高血压不同阶段相关蛋白的表达，并分析目标蛋白的致病机制，以找到靶向治疗高血压的方法。