Message
新闻动态
蛋白质组学揭示减肥手术RYGB对身体的影响 ——降低全身性炎症,改善胰岛素敏感性和调节体内脂质平衡

Title:Plasma Proteome Profiling Reveals Dynamics of Inflammatory and Lipid Homeostasis Markers after Roux-En-Y Gastric Bypass Surgery

发表期刊:Cell Systems

影响因子:8.982

发表时间:December 26, 2018

 

本篇文章出自Matthias Mann大神课题组,实验设计简单,技术单纯,数据挖掘和生物学解释有力度,可为蛋白质组和代谢组研究提供参考。

 

研究背景

肥胖是目前世界范围面临的重要疾病,全球约一半人口受到肥胖相关疾病影响。肥胖会诱发一系列并发症,如2型糖尿病,心血管疾病,内分泌紊乱,神经退行性疾病和几种类型癌症。目前有涉及膳食、运动、药物和手术治疗的多种减肥方法,其中减肥手术是少数可持久减肥和影响心脏代谢的干预措施之一。Roux-en-Y胃旁路术(RYGB)除引起体重降低之外,还可引起心血管状况和其他代谢健康指标的广泛改善,但分子机制还不清楚。

 


研究内容

本项目以由47个病态肥胖患者构成的两个纵向队列为研究对象(第一个队列包含20个病态肥胖患者,BMI 40 ± 4 kg/m2;第二个队列包含27个病态肥胖患者,BMI 42 ±4 kg/m2),采用其改进的基于质谱的蛋白质组学方法,对比分析了RYGB术前和术后不同时间点患者血浆蛋白质组变化。

 


研究结果

RYGB引起血浆蛋白质组变化

RYGB术后不同时间血浆中多种蛋白含量发生显著性变化,变化蛋白共有114种。分层聚类分析表明,根据不同的变化趋势(图1A),这些蛋白被分为4组(图1B)。其中,第2组均为与炎症相关条目,富集最显著,第3组均为体内脂质平衡系统相关条目,富集显著性次之(图1C)。

图1显著影响蛋白的纵向轨迹和功能解释

A,根据RYGB术后的适应情况蛋白主要分为4类;B,四组蛋白的分层聚类分析;C,Fisher精确检验确定的20个主要关键词进行的纵向功能解释的第二次层次聚类分析

 

蛋白相关图揭示数百个蛋白间的协同调节

本研究通过分析蛋白含量,临床参数和肽糖化因子间两两相关性(皮尔森相关),分析了蛋白含量间的调节关系及其与临床数据和肽糖化的相关性(图2A)。分析表明,这些变量间形成了多个模块,其中最大的模块为免疫系统蛋白和临床参数组成的模块,免疫球蛋白也形成了较大模块,HDL主导的模块包含与胰岛素敏感性相关的脂联素和临床参数。将节点多的前20个模块做网络,相关系数≥0.4的元素间进行连线,网络表明炎症,胰岛素抵抗和脂质代谢等生理过程间存在相关性(图2B)。

 

图2蛋白质组整理相关性图

A,蛋白浓度和临床参数两两相关图;B,A中主要模块的相关性网络图

 

RYGB和对轻度炎症的响应

炎症相关蛋白构成最大相关性模块,与BMI相关性高,并且包含RYGB调控变化最大蛋白。筛选的炎症相关蛋白含量变化表明,术后炎症状态先增强然后降低,之后趋于稳定(图3A),去除第一个术后点后,变化趋势与热量限制实验结果一致(图3B)。全部蛋白与重量降低相关的51个蛋白中18个蛋白与炎症相关(图3C)。因而,作者认为肥胖是全身性低水平炎症的主要决定因素,减肥是降低炎症的驱动因素。

 

图3整体炎症状态与身体质量间的关系

A,样品整体炎症状态的变化;B,热量限制和RYGB研究中重叠的炎症蛋白;C,RYGB研究中蛋白浓度和BMI相关性图

 

RYGB影响了脂代谢的核心蛋白

体内脂质平衡为受到RYGB影响的第二大生理系统。多个体内脂质平衡相关蛋白受到RYGB和热量限制的影响,且相关性趋势相同(图4A和4B),但部分蛋白表达变化相反(图4C)。

 

图4体内脂质平衡调控蛋白对RYGB和热量限制的响应

A,RYGB研究中体内脂质平衡相关蛋白的相关性图;B,热量限制研究中体内脂质平衡相关蛋白的相关性图;C,RYGB和热量限制研究中体内脂质平衡蛋白浓度中值

 

血浆蛋白质组反映了RYGB引起的胰岛素敏感性改善

通过肝胰岛素抵抗,肝脏胰岛素敏感性,外周胰岛素敏感性,口服葡萄糖胰岛素敏感性的检测,获得了两个队列RYGB前后胰岛素敏感性的系统性评估。将胰岛素敏感性检测数据与血浆蛋白质组进行关联分析,获得了75个显著性相关的蛋白(图5A和5B)。RYGB引起的胰岛素敏感综合相关性变化于术后1年后达到最高,并且变化与热量限制影响相似(图5C)。相关性分析表明,胰岛素敏感的典型标志物脂联素,为相关性得分最高的蛋白。

  

图5与胰岛素敏感性评估的相关性

A, 血浆蛋白与四种胰岛素敏感性相关的评估,(四种胰岛素敏感性评估方法为:肝脏胰岛素敏感性,基于C肽(HOMA-IR)的胰岛素抵抗的稳态模型评估,外周胰岛素敏感性和口服葡萄糖胰岛素敏感性);

B,  四个蛋白与胰岛素敏感性评估的例子;

C,  A中胰岛素敏感相关性随时间变化的轨迹

 

结语

本研究采用蛋白质组学分析了胃旁路手术前后患者的蛋白质组变化,揭示了胃旁路手术引起的相关生理变化。目前有研究表明,胃部相关手术可以引起生物体外周血代谢组改变,术后人群的代谢偏离肥胖个体,而向正常人群靠近。蛋白质组和代谢组是研究多种生理干预对生物体影响的有力技术,可以评估扰动引起的生理变化,为诊断和治疗多种疾病提供新的生物标记分子和靶点。后基因组时代蛋白质组和代谢组将成为疾病诊断、治疗、药效评估、毒理评价等的重要工具,品生医学通过提供代谢组和蛋白质组学科研服务,致力于推动生物医学的发展和质谱应用。