從蛋白組學(xué)角度揭示姜黃對(duì)高脂血癥的預(yù)防機(jī)制

發(fā)表期刊：Food &Function

發(fā)表時(shí)間：2021年9月23日

影響因子：5.396

合作客戶：華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院

百趣生物提供服務(wù)：TMT標(biāo)記定量蛋白組

分組：正常飲食組(N75D，n=3)/高脂飲食組(HFD，n=3)/姜黃治療組(TUR，n=3)
 

研究背景

高脂血癥臨床表現(xiàn)為血漿或血清中總膽固醇(TC)和/或甘油三酯(TG)水平升高，通常伴有低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平異常。這是由多種因素引起的，如先天遺傳和/或環(huán)境和不健康的飲食習(xí)慣。高脂血癥長(zhǎng)期存在可導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、心腦血管疾病、代謝綜合征等慢性疾病。姜黃是姜科植物，姜黃素是其根部最重要的化學(xué)成分，占姜黃粉的3-5%。研究表明姜黃素類化合物可以有效預(yù)防高血脂癥。因而研究其作用機(jī)制具有重要而深遠(yuǎn)的意義，本研究首次從蛋白質(zhì)組學(xué)角度揭示了姜黃對(duì)高脂血癥的預(yù)防機(jī)制。結(jié)果表明膳食中添加姜黃可通過(guò)調(diào)節(jié)代謝途徑中蛋白質(zhì)的表達(dá)來(lái)預(yù)防高脂血癥。
 

技術(shù)路線

研究結(jié)果

1. 姜黃對(duì)高脂血癥的預(yù)防作用
圖1顯示了小鼠的平均體重和血漿中TC、TG、LDL-C和HDL-C的濃度。開始時(shí)，三組之間的體重沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異。八周后，與ND組相比，HFD組小鼠的體重顯著增加(圖1a)。此外，HFD組小鼠血漿中的TC、TG、LDL-C水平和LDL-C/HDL-C比率顯著升高(圖1b和e)。相反，TUR組小鼠的體重顯著低于HFD組(圖1a)，并且血漿TC、TG、LDL-C水平和LDL-C/HDL-C比率也顯著低于HFD組(圖1b和e)，證實(shí)姜黃能有效預(yù)防高脂血癥。此外，與ND組相比，HFD組的肝臟TG濃度顯著高于ND組(圖2a)，表明高脂飲食喂養(yǎng)增加了肝臟中TG的積累。然而，與HFD組相比，TUR組的肝臟TG和TC含量分別降低35%和19%(圖2a)，表明姜黃可能有助于預(yù)防高脂血癥。
 

圖1. ND、HFD和TUR小鼠的體重變化和血脂水平


圖2. 姜黃對(duì)肝臟脂質(zhì)積聚的影響

2. 血漿中的差異表達(dá)蛋白與生物信息學(xué)分析
小鼠血漿的TMT的定量蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果共鑒定704種蛋白質(zhì)，可定量蛋白質(zhì)682種。如圖3所示。36個(gè)蛋白在HFD中差異表達(dá)。為了篩選在姜黃處理過(guò)程中起重要作用的蛋白質(zhì)，對(duì)這些DEP(差異表達(dá)蛋白)進(jìn)行了生物信息學(xué)分析。如圖4b所示，其中補(bǔ)體和凝血級(jí)聯(lián)途徑、膽固醇代謝途徑與脂質(zhì)代謝、纖維蛋白原α鏈(FGA)、纖維蛋白原β鏈(FGB)、纖維蛋白原C端域含蛋白(FGG)、載脂蛋白C-III(APOC3)密切相關(guān)。FGA、FGB、FGG、APOC3、APOB和HL彼此緊密相連，表明它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中具有關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。
 

圖3. 火山圖


 

圖4. 血漿樣本TUR組vs HFD組差異蛋白的生物信息學(xué)分析

3. 肝臟中的差異表達(dá)蛋白與生物信息學(xué)分析
肝臟樣本的TMT蛋白組學(xué)結(jié)果共鑒定出4208種蛋白質(zhì)，可定量蛋白4067種。如圖3c所示。從TUR vs HFD組的比較中篩選出76個(gè)DEP。對(duì)這76個(gè)由姜黃引起的DEP進(jìn)行GO注釋分析。姜黃改變的蛋白質(zhì)主要分布在細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜中。DEPs主要參與脂質(zhì)代謝過(guò)程、花生四烯酸代謝過(guò)程、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、有機(jī)環(huán)化合物反應(yīng)。此外，分子功能分析顯示，大多數(shù)DEP具有氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、單加氧酶和ATP結(jié)合活性(圖5a)�；ㄉ�四烯酸代謝、類固醇激素生物合成和PPAR信號(hào)途徑與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)，參與這三條途徑的12個(gè)DEP可能是姜黃發(fā)揮降脂作用的關(guān)鍵蛋白質(zhì)。進(jìn)一步的PPI網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)76個(gè)節(jié)點(diǎn)和99個(gè)邊緣相互連接(圖5c)，12個(gè)蛋白質(zhì)位于PPI網(wǎng)絡(luò)的中心，意味著它們與其他蛋白質(zhì)的相互作用更強(qiáng)，是關(guān)鍵作用蛋白并可揭示姜黃的預(yù)防作用機(jī)制。
 

圖5. 肝臟樣本TUR組vs HFD組差異蛋白的生物信息學(xué)分析

4. DEPs在血漿和肝臟中的相互作用網(wǎng)絡(luò)分析
如圖6a所示，相互作用網(wǎng)絡(luò)中總共有64個(gè)節(jié)點(diǎn)。APOC3在血漿和肝臟中均有差異表達(dá)。DEPs的相互作用不僅發(fā)生在肝臟或血漿中，而且還存在于肝臟和血漿之間。此外，作者還研究了來(lái)自血漿和肝臟的DEPs之間的相互影響。如圖6b所示，血漿中的16個(gè)DEP可與肝臟中的19個(gè)DEP相互作用，表明這些DEPs不僅是調(diào)節(jié)相關(guān)代謝途徑的關(guān)鍵蛋白，而且共同調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。
 

圖6. HFD組 vs TUR組差異蛋白的PPI分析

5. Western Blot分析驗(yàn)證關(guān)鍵蛋白
為了驗(yàn)證基于TMT的定量蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果的可靠性，本研究對(duì)關(guān)鍵蛋白質(zhì)進(jìn)行了Western Blot分析。血漿中的FGA、APOB和APOC3以及肝臟中的CYP4A10、CYP8B1、APOC3和CBR1是參與關(guān)鍵通路的DEP。其屬于血漿纖維蛋白原、脂蛋白、細(xì)胞色素P450酶和NADPH依賴性還原酶，參與脂質(zhì)合成和分泌、膽固醇/膽汁代謝、脂肪酸氧化和脂質(zhì)過(guò)氧化。故而可能與姜黃對(duì)高脂血癥的預(yù)防機(jī)制有關(guān)。血漿樣本的Western Blot分析結(jié)果表明(圖7a和b)，與HFD組相比，TUR組FGA、APOB和APOC3的相對(duì)表達(dá)水平顯著降低，這與蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果一致。對(duì)于肝臟蛋白質(zhì)，姜黃干預(yù)顯著降低了CYP4A10、CYP8B1和APOC3的表達(dá)水平，并且CBR1在TUR組中的表達(dá)顯著高于HFD組(圖7c和d)，這與蛋白質(zhì)組學(xué)研究一致。
 

圖7. Western Blot分析驗(yàn)證血漿和肝臟中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)

結(jié)論

本研究應(yīng)用TMT的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，在血漿和肝臟中篩選出由姜黃引起的差異表達(dá)蛋白。這些蛋白質(zhì)參與生物系統(tǒng)中脂質(zhì)的吸收、合成、運(yùn)輸和代謝。他們參與補(bǔ)體和凝血級(jí)聯(lián)途徑以及膽固醇代謝途徑并與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)。本研究不僅證實(shí)了姜黃作為膳食補(bǔ)充對(duì)高脂血癥的預(yù)防作用，而且還揭示了姜黃預(yù)防高脂血癥的機(jī)制。

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