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客户文章 | 食品与健康 从蛋白组学角度揭示姜黄对高脂血症的预防机制

分类:
阿趣动态
发布时间:
2021/11/26 15:44
浏览量

文章标题:Quantitative proteomics of plasma and liver reveals the mechanism of turmeric in preventing hyperlipidemia in mice.

发表期刊:Food &Function

发表时间:2021年9月23日

影响因子:5.396

合作客户:华中科技大学同济医学院药学院

百趣生物提供服务:TMT标记定量蛋白组

分组:正常饮食组(N75D,n=3)/高脂饮食组(HFD,n=3)/姜黄治疗组(TUR,n=3)

 

研究背景

高脂血症临床表现为血浆或血清中总胆固醇(TC)和/或甘油三酯(TG)水平升高,通常伴有低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平异常。这是由多种因素引起的,如先天遗传和/或环境和不健康的饮食习惯。高脂血症长期存在可导致动脉粥样硬化、心脑血管疾病、代谢综合征等慢性疾病。姜黄是姜科植物,姜黄素是其根部最重要的化学成分,占姜黄粉的3-5%。研究表明姜黄素类化合物可以有效预防高血脂症。因而研究其作用机制具有重要而深远的意义,本研究首次从蛋白质组学角度揭示了姜黄对高脂血症的预防机制。结果表明膳食中添加姜黄可通过调节代谢途径中蛋白质的表达来预防高脂血症。

 

技术路线

研究结果

1. 姜黄对高脂血症的预防作用

图1显示了小鼠的平均体重和血浆中TC、TG、LDL-C和HDL-C的浓度。开始时,三组之间的体重没有统计学上的显著差异。八周后,与ND组相比,HFD组小鼠的体重显著增加(图1a)。此外,HFD组小鼠血浆中的TC、TG、LDL-C水平和LDL-C/HDL-C比率显著升高(图1b和e)。相反,TUR组小鼠的体重显著低于HFD组(图1a),并且血浆TC、TG、LDL-C水平和LDL-C/HDL-C比率也显著低于HFD组(图1b和e),证实姜黄能有效预防高脂血症。此外,与ND组相比,HFD组的肝脏TG浓度显著高于ND组(图2a),表明高脂饮食喂养增加了肝脏中TG的积累。然而,与HFD组相比,TUR组的肝脏TG和TC含量分别降低35%和19%(图2a),表明姜黄可能有助于预防高脂血症。

图1. ND、HFD和TUR小鼠的体重变化和血脂水平

 

图2. 姜黄对肝脏脂质积聚的影响

 

2. 血浆中的差异表达蛋白与生物信息学分析
小鼠血浆的TMT的定量蛋白质组学结果共鉴定704种蛋白质,可定量蛋白质682种。如图3所示。36个蛋白在HFD中差异表达。为了筛选在姜黄处理过程中起重要作用的蛋白质,对这些DEP(差异表达蛋白)进行了生物信息学分析。如图4b所示,其中补体和凝血级联途径、胆固醇代谢途径与脂质代谢、纤维蛋白原α链(FGA)、纤维蛋白原β链(FGB)、纤维蛋白原C端域含蛋白(FGG)、载脂蛋白C-III(APOC3)密切相关。FGA、FGB、FGG、APOC3、APOB和HL彼此紧密相连,表明它们在网络中具有关键的调节作用。

图3. 火山图

 

图4. 血浆样本TUR组vs HFD组差异蛋白的生物信息学分析

 

3. 肝脏中的差异表达蛋白与生物信息学分析肝脏样本的TMT蛋白组学结果共鉴定出4208种蛋白质,可定量蛋白4067种。如图3c所示。从TUR vs HFD组的比较中筛选出76个DEP。对这76个由姜黄引起的DEP进行GO注释分析。姜黄改变的蛋白质主要分布在细胞质、细胞核、线粒体、内质网和质膜中。DEPs主要参与脂质代谢过程、花生四烯酸代谢过程、跨膜转运、有机环化合物反应。此外,分子功能分析显示,大多数DEP具有氧化还原酶、转移酶、水解酶、单加氧酶和ATP结合活性(图5a)。花生四烯酸代谢、类固醇激素生物合成和PPAR信号途径与脂质代谢密切相关,参与这三条途径的12个DEP可能是姜黄发挥降脂作用的关键蛋白质。进一步的PPI网络分析发现76个节点和99个边缘相互连接(图5c),12个蛋白质位于PPI网络的中心,意味着它们与其他蛋白质的相互作用更强,是关键作用蛋白并可揭示姜黄的预防作用机制。

 

 

图5. 肝脏样本TUR组vs HFD组差异蛋白的生物信息学分析

 

4. DEPs在血浆和肝脏中的相互作用网络分析
如图6a所示,相互作用网络中总共有64个节点。APOC3在血浆和肝脏中均有差异表达。DEPs的相互作用不仅发生在肝脏或血浆中,而且还存在于肝脏和血浆之间。此外,作者还研究了来自血浆和肝脏的DEPs之间的相互影响。如图6b所示,血浆中的16个DEP可与肝脏中的19个DEP相互作用,表明这些DEPs不仅是调节相关代谢途径的关键蛋白,而且共同调节脂质代谢。

 

 

图6. HFD组 vs TUR组差异蛋白的PPI分析

 

5. Western Blot分析验证关键蛋白为了验证基于TMT的定量蛋白质组学结果的可靠性,本研究对关键蛋白质进行了Western Blot分析。血浆中的FGA、APOB和APOC3以及肝脏中的CYP4A10、CYP8B1、APOC3和CBR1是参与关键通路的DEP。其属于血浆纤维蛋白原、脂蛋白、细胞色素P450酶和NADPH依赖性还原酶,参与脂质合成和分泌、胆固醇/胆汁代谢、脂肪酸氧化和脂质过氧化。故而可能与姜黄对高脂血症的预防机制有关。血浆样本的Western Blot分析结果表明(图7a和b),与HFD组相比,TUR组FGA、APOB和APOC3的相对表达水平显著降低,这与蛋白质组学结果一致。对于肝脏蛋白质,姜黄干预显著降低了CYP4A10、CYP8B1和APOC3的表达水平,并且CBR1在TUR组中的表达显著高于HFD组(图7c和d),这与蛋白质组学研究一致。

图7. Western Blot分析验证血浆和肝脏中的关键蛋白质

结论

本研究应用TMT的蛋白质组学技术,在血浆和肝脏中筛选出由姜黄引起的差异表达蛋白。这些蛋白质参与生物系统中脂质的吸收、合成、运输和代谢。他们参与补体和凝血级联途径以及胆固醇代谢途径并与脂质代谢密切相关。本研究不仅证实了姜黄作为膳食补充对高脂血症的预防作用,而且还揭示了姜黄预防高脂血症的机制。

 

有兴趣采用TMT标记定量蛋白组进行样本检测分析的老师,欢迎垂询服务热线:400-664-9912,也可在本文或微信公众号后台给我们留言。

 

文献原文下载链接:

https://pan.baidu.com/s/1PA-HmNrGWzADd4C2fMyQUQ

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