组学研究的警示：重口味，小心你的肾！

慢性肾病病人一般会出现很多的并发症，其中大多数肾损伤晚期病人都患有严重的高血压。盐是慢性肾病和高血压发病的主要致病因素之一，但其中的病理机制仍然不清楚。本文利用蛋白质组和磷酸化蛋白质组联合分析的技术，对慢性肾病并发高血压的病理机制进行了全面系统性的分析。

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Proteomic and phosphoproteomic analysis of renal cortex in asalt-load rat model of advanced kidney damage , Scientific Reports , IF=5.228

样本来源

雄性大鼠（Male Sprague-Dawley rat）肾皮质组织

研究技术

 iTRAQ蛋白质组+iTRAQ磷酸化蛋白质组

研究结果

1、首先是对肾切除（5/6Nx group）大鼠的生理参数进行了检测，发现切除大鼠的收缩压，血清肌酐和尿蛋白显著增加；盐负荷处理2周后，切除大鼠肾重体重比和收缩压明显增加，尿钠和尿蛋白也显著升高。

Table 1. Physiological and metabolic parametersin sham and 5/6Nx rats at week 12 after surgery.

2、采用iTRAQ蛋白质组分析肾损伤处理以及盐负荷处理对肾皮质中蛋白质组的影响，共检测到2695条肽段；其中与模拟对照组（Sham + NS）相比，肾损伤组（5/6Nx + HS）中318个蛋白表达发生变化，164个上调，154个下调；与正常盐处理组（5/6Nx + HS）相比（肾损伤处理后），高盐负荷（5/6Nx + NS）引起310个蛋白差异表达，157个增加，153个降低。

Table 2. List of proteins significantly differentially expressedat least 1.5-fold corresponding to peptides identified by LC-MS/MS analysis ofrenal cortex samples from both 5/6Nx and sham rats fed normal or high saltdiet.

3、利用iTRAQ磷酸化蛋白质组学技术共鉴定到1911个磷酸化肽段，其中1810个（对应550个磷酸化蛋白）有定量数据；之后对这些磷酸化肽段以及磷酸化位点进行了特征分析：肽段磷酸化位点数量以及磷酸化修饰的氨基酸残基。

Figure 1. Characterization of phosphopeptides and phosphositesat the Log2 (5/6Nx + NS)/(Sham + NS) or Log2(5/6Nx + HS)/(5/6Nx + NS) ratio in(5/6Nx + NS)/(Sham + NS) and (5/6Nx + HS)/(5/6Nx + NS) comparison groups.

 

4、进一步分析发现：其中与模拟对照组相比，肾损伤组中197个肽段的磷酸化修饰发生变化，113个上调，84个下调；与正常盐处理组相比（肾损伤处理后），高盐负荷引起169个肽段的磷酸化修饰发生变化（78个增加，91个降低）；之后对鉴定到的差异磷酸化蛋白功能进行了生物信息学注释（GO功能分析），发现这些磷酸化修饰改变的蛋白都是很重要的转运蛋白，细胞结构组分以及受体等。

Figure 2. Quantification and Gene Ontology analysis ofdifferentially phosphorylated peptides and proteins in (5/6Nx + NS)/(Sham + NS)and (5/6Nx + HS)/(5/6Nx + NS) comparison groups.

 

5、为进一步解析慢性肾病并发高血压的发病机理，作者对鉴定到的磷酸化差异修饰蛋白进行了互作网络分析（PPI）。他们发现在5/6Nx组（肾切除）中Polr2a，Srrm1，Gsta2和Pxn蛋白的连接度最高；而在盐负荷组中Myh6，Lmna和Des蛋白的连接度最高。KEGG通路分析发现肾切除（肾病）组中的胰岛素信号通路，脂肪细胞因子信号通路，肥大型心肌病以及焦点粘连信号通路中的蛋白磷酸化修饰发生变化；而盐负荷引起的蛋白磷酸化修饰变化主要发生在侧索硬化症，mTOR信号通路，嘌呤代谢，剪接体和胰岛素信号通路等。

Table 1. Physiological and metabolic parametersin sham and 5/6Nx rats at week 12 after surgery.

Figure 3. STRING analysis reveals protein interaction networksin renal phosphoproteome in (5/6Nx + NS)/(Sham + NS) comparison group.

Figure 4. STRING analysis reveals proteininteraction networks in renal phosphoproteome in (5/6Nx + HS)/(5/6Nx + NS)comparison group.

6、最后，作者选择了两个感兴趣的蛋白phospho-lamin A 和phospho-phospholamban进行了含量变化检测（western blot）以及其下游基因的表达分析（realtime PCR），验证了组学数据的准确性。

Figure 5. Phosphoryation levels of lamin A andphospholamban as well as expression of their downstream genes desmin andSERCA2a significantly increased in 5/6Nx rats.

小编心得

本文是一篇典型的多组学联合分析揭示病理机制的文章。本文在iTRAQ蛋白质组研究的基础上通过iTRAQ磷酸化蛋白质组分析揭示肾损伤以及盐负荷对肾皮质组织中蛋白磷酸化修饰的影响，发现差异表达的蛋白以及磷酸化修饰改变的蛋白多与代谢过程，信号传导以及细胞增生相关。本研究对病理机制解析以及药物作用靶点筛选提供了强有力的理论支撑，也为后续的研究指明了方向。这篇文章显示了质谱技术在机理机制基础研究中的重要作用：差异表型整体性分析，全面系统性地解析潜在的分子机理。

 

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