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不同负荷运动大鼠下丘脑的比较蛋白质组学研究中文摘要中文摘要研究目的：下丘脑是调节内脏活动的神经中枢，也是功能复杂的神经内分泌中枢。下丘脑参与运动过程中心血管、内分泌与免疫等机能的调节，与运动性疲劳的产生、恢复有重要的联系。目前关于运动与下丘脑的研究主要集中在内分泌、神经递质与氧化应激等方面，而对下丘脑蛋白质组的变化极少有人涉及。本研究通过实验观察不同负荷运动对大鼠下丘的代谢、超微结构、以及生化指标的影响，应用双向电泳建立运动大鼠下丘脑蛋白质表达图谱，比较分析不同负荷运动大鼠下丘脑蛋白质组的差异表达，筛选并鉴定相关蛋白质，分析其功能及特点，为深入了解运动对下丘脑的代谢与神经内分泌等功能的影响及调控机制提供参考依据。研究方法：2 月龄雄性s d 大鼠4 0 只，体重1 6 0 1 8 0 9 。随机分为3 组，对照组、中等强度运动组与大强度运动组，分别进行8 周中等强度与大强度运动，显微镜观察下丘脑形态结构变化，测定c k 、血氨、h b 、b u n 等血液生化指标与下丘脑s o d 、m d a 、t - a o c 自由基代谢指标，应用双向电泳与质谱技术等分析下丘脑蛋白质组的差异表达。研究结果：( 1 ) 运动对大鼠下丘脑神经细胞形态结构产生影响，中等强度运动组大鼠下丘脑神经细胞核变粗，突触增多，大强度运动组大鼠下丘脑神经细胞的间隙增大，细胞核大小变化不均匀，部分神经细胞染色异常；( 2 ) 不同负荷运动后肌酸激酶活性与血氨浓度升高，尿素生成增多，大强度运动组由于负荷较大，疲劳程度较深，血红蛋白含量降低；( 3 ) 不同负荷运动后大鼠下丘脑氧自由基增多，中等强度运动能使机体的抗氧化系统的能力得到增强，大强度运动组下丘脑的自由基大量产生，抗氧化酶活性受到抑制；( 4 ) 通过双向电泳分离大鼠下丘脑组织蛋白质，建立不同负荷运动大鼠下丘脑蛋白质表达谱，与对照组比较，中等强度运动与大强度运动大鼠下丘脑部分蛋白质的表达有显著差异，( 5 ) 通过比较分析与筛选差异显著的蛋白质点，共鉴定出1 8 个差异表达蛋白质。它们分别属于细胞骨架蛋白、热休克蛋白、抗氧化蛋白、代谢酶、信号传导蛋白以及1 个分子量为5 9 8 7 k d 的未知功能蛋白质。研究结论：经过8 周的不同负荷跑台运动，大鼠血液生化指标、下丘脑神经细胞的形态结构、氧自由基代谢以及蛋白质组表达谱发生了相应变化。中等强度不同负荷运动大鼠下丘脑的比较蛋白质组学研究中文摘要运动能够促进下丘脑的新陈代谢、抗氧化酶活性、信号传导蛋白的表达，对实现细胞骨架蛋白的重新排列，调节机体生理功能产生了良好的促进作用；大强度运动使下丘脑氧化应激程度加深，对下丘脑的调节功能产生了抑制作用。本研究的结果显示，应用双向电泳与质谱分析能够寻找与鉴定差异表达的蛋白质，为进一步研究运动训练对下丘脑的代谢与神经内分泌影响的机理提供了参考依据。关键词：运动；大鼠；下丘脑；蛋白质组学i i作者：姜振指导老师：张林教授c o m p a r a t i v ep r o t e o m i c ss t u d yo nt h er a th y p o t h a l a m u sw i t hd i f f e r n e ti n t s 耐垦苎受! 苎a b s l ，r a c tc o m p a r a t i v ep r o t e o m i c ss t u d yo nt h er a th y p o t h a l a m u sw i t hd i f f e r n e ti n t e n s i t ye x e r i c s ea b s t r a c to b j e c t i v e ：h y p o t h a l a m u si st h en e r v ec e n t e ro fe n t r a i l sr e g u l a t i o n ，a n dt h ec e n t e ro fn e r v ei n c r e t i o nw i t hc o m p l i c a t e df u n c t i o n i tc a nr e g u l a t eh e a r ta n db l o o dv e s s e l ，i n c r e t i o na n di m m u n i t yw i t he x e r c i s e i ta s s o c i a t e dw i mt h ee x e r c i s ef a t i g u ea n dr e c o v e r y c u r r e n t l yt h er e s e a r c ho nt h ee x e r c i s ea n dt h eh y p o t h a l a m u sf o c u s e do ne n d o c r i n e ，n e u r o t r a n s m i t t e ra n do x i d a t i v es t r e s s ，e t c ，w h i l ef e wp r o t e o m i cs t u d yo nt h eh y p o t h a l a m u s t h ep u r p o s eo ft h i ss t u d yi st oi n v e s t i g a t et h ei n f l u e n c eo ft h em i c r o s t r u c t u r e ，m e t a b o l i s mo ff r e er a d i c a l ，a n dt h ed i f f e m e to fp r o t e o m ee x p r e s s i o no ft h er a th y p o t h a l a m u s 、7 l ，i t l ld i f f e r e n ti n t e n s i t ye x e r c i s e c o m p a r i n gt h ed i f f e r e n te x p r e s s i o no ft h eh y p o t h a l a m u sp r o t e o m e ，a n a l y s i n gt h ef u n c t i o na n dc h a r a c t e r so ft h e m t h e np r o v i d i n gt h er e f e r e n c e sf o rt h er e s e a r c ho nt h ei n f l u e n c eo fm e t a b o l i s ma n dn e u r o e n d o c r i n eo fh y p o t h a l a m u sa n dr e g u l a t i o nm e c h a n i s m m e t h o d s ：4 0m a l es dr a t sw e r er a n d o m l ya s s i g n e dt oo ft h r e eg r o u p s ：r e s t ，m i d d l ei n t e n s i t ye x e r c i s ea n dh i g hi n t e n s i t yg r o u p a l lt h ee x e r c i s eg r o u p su n d e r w e n t8w e e k so ft r e a d m i l lr m n i n g u s i n gt h em i c r o s c o p ei n v e s t i g a et h ec h a n g eo ft e c t o l o g y m e n s u r a t i n gt h eb i o c h e m i s t r yi n d e xo fc k ，n h 3 ，h b ，a n db u no fb l o o d ，a n df r e er a d i c a li n d e xo fs o d ，m d a ，t - a o co fh y p o t h a l a m u s a n a l y s i n gt h ed i f f e r e n te x p r e s s i o i no fh y p o t h a l a m u sp r o t e o n e r e s u l t s ：( 1 ) e x e r c i s ei n f l u e n c e dt h et e c t o l o g yc h a n g eo fr a th y p o t h a l a m u s i nt h em i d d l ei n t e n s i t yg r o u p ，t h en e r v ec e l ln u c l e o l u sb e c a m ew i d ea n ds y n a p s e si n c r e a s e d i nt h eh i g hi n t e n s i t ye x e r c i s eg r o u p ，t h eg a pb e t w e e nn e r v ec e l lb e c a m ew i d e r , t h en e r v ec e l ln u c l e o l u ss i z eb e c a m ed i f f e r e n t l y ( 2 ) a f t e rd i f f e r e n ti n t e n s i t ye x e r c i s e ，t h ea c a t i v i t yo fc k ，n h 3o fb l o o da n db u ni n c r e a s e d i nt h eh i g h ei n t e n s i t yg r o u p ，t h ed e g r e eo ff a t i g u ei n c r e a s e da n dh bd e c r e a s e d ( 3 ) a f t e rd i f f e r e n ti n t e n s i t ye x e r c i s e ，t h ef r e ei i ic o m p a r a t i v ep r o t e o m i c ss t u d yo nt h er a th y p o t h a l a m u sw i t hd i f f e r n e ti n t e n s i t ye x e r i c s ea b s t r a c tr a d i c a li n c r e a s e di nt h eb r a i no fr a t s i nt h em i d d l ei n t e n s i t yg r o u pt h er e s i s to x i d a t i o ns y s t e mb e c a m es t r o n g e r , a n di nt h eh i g h ei n t e n s i t yg r o u p ，t h ef r e er a d i c a li n c r e a s e dr a p i d l yi nt h eh y p o t h a l a m u s ，t h er e s i s to x i d a t i o ns y s t e mb e c a m er e s t r i c t e d ，a n dt h ed a m a g eo fo x i d a t i o no fh y p o t h a l a m u si n c r e a s e d ( 4 ) u s i n gt h em e t h o d so ft w o - d i m e n s i o n a le l e c t r o p h o r e s i ss e p a r a t et h ep r o t e i no fh y p o t h a l a m u s c o m p a r ew i t ht h ec o n t r o lg r o u p ，t h ee x p r e s s i o nm a po fp r o t e i ni nt h em i d d l ei n t e n s i t yg r o u ph a ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c e 谢t l ll l i g hi n t e n s i t ye x e r c i s eg r o u p s e v e r a li n c r e a d ，d e c r e a s e da n df r e s he x p r e s s e dp r o t e i nw e r ee m e r g e d ( 5 ) c o m p a r i n ga n da n a l y s i n gt h ed i f f e r e n c eo fp r o t e i ne x p r e s s e dd i f f e r e n t l y , i n s p e c t i n gt h ep r o t e i nb ym a t r i xa s s i s t e dl a s e rd e s o r p t i o ni o n i z a t i o nt i m e o f - f l i g h tm a s ss p e c t r o m e t r y , g a i n e dt h ep e p t i d em a s sf i n g e r p r i n t i n go ft h ep r o t e i n t h e ns e a r c h i n gt h ed a t ai nm a s c o td a t a b a s e ，i d e n t i f i e d18p r o t e i ne x p r e s s e dd i f f e r e n t l y t h e ya r eb e l o n gt ot h ec e l ls k e l e t o np r o t e i n ，h e a ts h o c kp r o t e i n ，r e s i s to x i d a t i o np r o t e i n ，m e t a b o l i s me n z y m e ，s i g n a lt r a n s p o r tp r o t e i na n da nu n n a m e dp r o t e i n c o n c l u s i o n s ：a f t e r8w e e k so fd i f f e r e n ti o a dt r e a d m i l le x e r c i s e ，t h ei n d e xo fb l o o db i o c h e m i c a lp a r a m e t e r s ，h y p o t h a l a m i cm o r p h o l o g yo fn e r v ec e l l s ，o x y g e nf r e er a d i c a lm e t a b o l i s ma n dp r o t e o m ee x p r e s s i o np r o f i l ec o r r e s p o n d i n gc h a n g e sh a v et a k e np l a c e m i d d l ei n t e n s i t ye x e r c i s ei nf a v o ro ft h eh y p o t h a l a m u sm e t a b o l i s m ，a n t i o x i d a s ea c t i v i t y ,e x p r e s s i o no fs i g n a lt r a n s d u c e r ，r e - a r r a n g e m e n to fc y t o s k e l e t a lp r o t e i n st or e g u l a t et h eb o d y sp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n s h i g h - i n t e n s i t ye x e r c i s ep r o m o t e dt h ed e g r e eo fo x i d a t i v es t r e s s ，a n di n h i b i t e dt h er e g u l a t o r yf u n c t i o no ft h eh y p o t h a l a m u s t h er e s u l t so ft h i ss t u d ys h o w e dt h a ta p p l y i n gt h et w o d i m e n s i o n a le l e c t r o p h o r e s i sa n dm a s ss p e c t r o m e t r yt os e a r c hf o ra n di d e n t i f i c a t i o no fd i f f e r e n t i a l l ye x p r e s s e dp r o t e i n sf o rf u r t h e rs t u d yo fe x e r c i s et r a i n i n go nt h em e t a b o l i s mo ft h eh y p o t h a l a m u sa n dn e u r o e n d o c r i n ee f f e c t so ft h em e c h a n i s mp r o v i d e saf r a m eo fr e f e r e n c e k e y w o r d s ：e x e r c i s e ；r a t s ；h y p o t h a l a m u s ；p r o t e o m i c si vw i r t t e nb y ：j i a n g z h e ns u p e r v i s e db y ：z h a n g l i n苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。研究生签名：学位论文使用授权声明苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。研究生签名：磐_ 日期：砷7 ?导师签名：盈日期：叫7 5 | l ：不同负荷运动大鼠下f 芒脑的比较蛋白质组学研究前言j _ - j l月i j吾1 选题依据随着人类基因组计划的实施和完成【l j ，生命科学研究已进入了后基因组时代。目前，生命科学的主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组学研究和蛋白质组学研究等【2 j 。虽然现在已有许多物种的基因组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的，进行蛋白质组学研究无论在生物学、临床医学还是运动科学领域都有十分重要的意义。蛋白质是细胞结构的重要成分，作为生命活动的实际执行者，参与机体的新陈代谢、物质转运、免疫、激素调节、生长发育等各项生理活动。从d n a 、m r n a到蛋白质，存在三个层次的调控，即转录水平调控、翻译水平调控、翻译后水平调型3 1 。从m r n a 角度考虑，实际上仅包括了转录水平调控，并不能全面代表蛋白质表达水平，而且蛋白质复杂的翻译后修饰、蛋白质的亚细胞定位或迁移、蛋白质一蛋白质相互作用等不能完全从m r n a 水平来判断。由于生命现象的发生往往是多因素影响的，必然涉及到蛋白质，许多蛋白质的参与是交织成网络的，或平行发生，或呈级联因果关系，在执行生理功能时蛋白质的表现是多样的、动态的，并不象基因组那样基本固定不变。因此要对生命的复杂活动有全面和深入的认识，必然要在整体、动态、网络的水平上对蛋白质进行研究。蛋白质组学( p r o t e o m i c s ) 是以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象，可以说蛋白质组研究的开展不仅是生命科学研究进入后基因组时代的里程碑，也是后基因组时代生命科学研究的核心内容之一。近年来，蛋白质组学研究取得了丰硕的成果，国际上蛋白质组研究进展十分迅速，不论基础理论还是技术方法，都在不断进步和完善。已经建立多种生物的蛋白质组数据库，澳大利亚建立了世界上第一个蛋白质组研究中心：a u s t r a l i ap r o t e o m ea n a l y s i sf a c i l i t y ( a p a f ) 。丹麦、加拿大、日本也先后成立了蛋白质组研究中心。在美国，成立了国际人类蛋白质组研究组织( h u m a np r o t e o m e【石淳，王慧峰人类基因组计划概述【j 】内蒙古民族大学学报，2 0 0 8 ，1 4 ( 2 ) ：4 4 - 4 6 1 2 】h a m a d ym ，c h e u n gt h ，r e s i n gl ( ，e ta 1 k e yc h a l l e n g e si np r o t e o m i c sa n dp r o t e o i n f o r m a t i c s p r o g r e s si np r o t e i n s i e e ee n gm e db i o lm a g 2 0 0 5m a y - j u n ；2 4 ( 3 ) ：3 4 - 4 0 1 刈k a l i a 八g u p t ar p p r o t e o m i c s ：ap a r a d i g ms h i f t c r i tr e vb i o t e c h n 0 1 2 0 0 5o c t - d e c ；2 5 ( 4 ) ：17 3 - 19 8 1不同负荷运动大鼠下丘脑的比较蛋白质组学研究前言o r g a n i z a t i o n ，h u p o ) ，欧洲、亚太地区都成立了区域性蛋白质组研究机构，通过合作的方式，融合各方面的力量，完成人类蛋白质组计划( h u m a np r o t e o m ep r o j e c t ) 1 4 1 。目前，我国在蛋白质组学研究方面也取得了大量的研究成果，若干蛋白质组学研究中心或重点实验室相继成立，如复旦大学蛋白质研究中心，军事医学科学院蛋白质组中心，高等院校蛋白质组学研究院，中国科学院蛋白质组学重点实验室和中国医学科学院蛋白质组学研究中心等。建立并组合了二维电泳蛋白质组分离技术、图象分析技术和蛋白质鉴定的质谱技术；先后举办了多次全国性的蛋白质组学术研讨会，并在国际上较早提出了功能蛋白质组学的研究战略。我国蛋白质的色谱电泳二维分离，二维芯片电泳分离，质谱在线鉴定等方面均取得了重要进展，并得到了国际同行的认同，具有一定优势1 5 】。虽然我国蛋白质组学研究启动不久，我国科学家已经在重大疾病如肝癌、维甲酸诱导白血病细胞凋亡启动模型及维甲酸定向诱导胚胎干细胞向神经系统分化的模型等比较蛋白质组研究以及一些重要生理和病理体系的蛋白质组成分研究方面获得了重要成就。在运动人体科学研究方面，蛋白质芯片技术已引入禁用药物或兴奋剂检测之中1 6 j 。在醛基化玻片上构建抗体芯片，以血清为样品，可以对9 种毒品( 禁用药物) 进行同时检测；应用2 d e 电泳与质谱比较分析了不同运动对血浆、骨骼肌、心肌等组织的差异表达的蛋白质，发现许多与运动相关的蛋白质【7 1 。通过蛋白质组学研究在分子水平上更好地了解这些变化，为营养和药理干预提供了依据。下丘脑又称丘脑下部，位于大脑腹面、丘脑的下方，它的体积很小，但却控制着机体多种重要机能活动。下丘脑是调节内脏活动和内分泌活动的高级神经中枢，把内脏活动与其他生理活动联系起来，调节体温、摄食、免疫、水平衡、生物节律、糖与脂肪代谢、内分泌腺活动等重要的生理功能【8 】。其结构特点是神经细胞不多，但联系复杂而广泛；除了一般神经元外，还含有内分泌神经元，既具有普通神经元的特点，又具有内分泌细胞合成激素的功能。下丘脑与神经垂体和腺垂体的联系非常密切，与垂体一起组成下丘脑垂体功能单位。将从大脑或中枢神经系统其他部位传来的神经信息，转变为激素的信息，起着换能神经元的作用，以下丘脑为枢纽，将神经调节与体液调节紧密地联系起来。在运动过程中，下丘【4 1y a r m u s hm l j a y a r a m a na a d v a n c e si np r o t e o m i ct e c h n o l o g i e s a n n ur e vb i o m e de n g 2 0 0 2 ；4 ：3 4 9 3 7 3 【5 】程彦伟，祖恩普，赵江等蛋白质组学研究进展【j 】河南工业大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 8 ，2 9 ( 0 4 ) ：7 7 - 8 3 f ld uh ，y a n gw ，x i n gw ，e ta 1 p a r a l l e l dd e t e c t i o na n dq u a n t i f i c a t i o nu s i n gn i n ei m m u n o a s s a y si nap r o t e i nm i c r o a a r a r yf o rd r u gf r o ms e r u ms a m p l e s b i o m e dm i c o r d e v i c e s2 0 0 5 ；7 ( 2 ) ：14 3 - 14 6 7 1 张松江，史绍蓉急性大强度力竭运动人鼠骨骼肌比较蛋白质组学研究【j 】体育科学，2 0 0 6 ，2 6 ( 5 ) ：2 3 4 2 3 6 【8 1 丁斐神经生物学【m 】科学出版社，2 0 0 7 ，9 ：2 5 6 - 2 7 4 2不同负荷运动大鼠下丘脑的比较蛋白质组学研究前言脑通过对神经内分泌免疫网络，能够对垂体、甲状腺、胰腺、肾上腺、性腺的激素分泌产生影响，并且对机体的免疫功能具有调节作用。本研究通过实验观察不同负荷运动对大鼠脑组织代谢、超微结构以及生化指导的影响，应用双向电泳建立运动大鼠下丘脑蛋白质表达图谱，比较分析不同负荷运动下丘脑蛋白质组的差异表达，运用质谱鉴定相关蛋白质，了解其功能及特点，为深入了解不同负荷运动对脑组织代谢、下丘脑的影响及其调节机制，进一步研究运动对脑组织与神经内分泌的影响及调控机制提供参考依据。2 文献综述2 1 蛋白质组学概述蛋白质是一种复杂的有机生物大分子，英文名称叫做p r o t e i n ，源自希腊文，原意是“最原初的”，“第一重要的 。蛋白质在生物体内占有特殊的地位，它和核酸是构成细胞内原生质( p r o t o p l a s m ) 的主要成分。而原生质是生命现象的物质基础。蛋白质作为生命科学重要的研究对象，它们是生命活动的实际执行者，是生命最基本的组成部分之一【9 】。蛋白质是基因表达的最终产物，也是基因功能的执行者，蛋白质问的相互作用、相互协调是细胞进行一切代谢活动的基础。随着大量蛋白质鉴定技术的发展与基因组测序计划的实施和相继完成，人们发现仅仅靠基因组的序列来试图阐明生命现象是远远不够的，“蛋白质组学”这一全新的研究领域得以产生和发展。由于蛋白质在翻译合成后，需经过复杂的修饰加工，一个基因对应的可能不是一种蛋白质而是几种甚至是数十种，因此蛋白质组学的研究可能远远要比基因序列的测定繁杂的多姗。蛋白质组学是一门新兴的学科，它既是一种生命科学的研究技术和方法，但更是一种综合性研究功能基因组学的科学研究理论。2 1 1 蛋白质组学的内涵“蛋白质组 最早是澳大利亚m a c q u a r i e 大学的w i l k i n s 和w i l l i a m s 于1 9 9 4年提出的，用以描述基因组编码的各种蛋白质成分【1 1 1 。“蛋白质组学 ( p r o t e o m i c s )一词是蛋白质( p r o t e i n ) 与基因组学( g e n o m i c s ) 两个词的组合，意指“一种基因【9 】王镜岩，朱圣庚，徐长法等，生物化学，高等教育出版社，2 0 0 2 9 ：1 5 7 1 5 9 0 0 r e i f , d m ，w h i t , b c a n dm o o r e ，j h i n t e g r a t e da n a l y s i so fg e n e t i c ，g e n o m i ca n dp r o t e o m i cd a m e x p e r cr e v p r o t e o m i c s 2 0 0 4 1 ：6 7 7 5 1 qw a s i n g e rvc ，h u m p h e r ys m i t h1 ，w i l l i a m skl ，e ta 1 p r o g r e s sw i t hg e n ep r o d u c tm a p p i n go ft h em o l i c u t e s ：m y o p l a m ag e n i t a l i u m e l e c t r o p h o r e s i s ，1 9 9 5 ：1 0 9 0 1 0 9 4 3不同负荷运动大鼠下丘脑的比较蛋白质组学研究前言组所表达的全套蛋白质”，即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质l l 引。蛋白质学是在基因组学的基础上研究蛋白质的表达与功能的科学，是建立在c d n a阵列m r n a 表达谱的基因分析，基因组范围的酵母双杂交，蛋白质与蛋白质相互作用分析，到蛋白质表达、测序和结构分析等诸多不同实验方法相互融合基础上的科学。生物的基因组( g e n o m e ) 所包含的遗传信息要经过转录产生m r n a ，一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的m r n a 称为转录子组( t r a n s c r i p t o m e ) 。不同细胞转录子组包含的m r n a 的种类也不尽相同。人类、动物、植物和微生物等的细胞中的全部基因构成基因组，由全套基因编码控制的蛋白质，则相应地被称为蛋白质组i l3 1 。2 1 2 蛋白质组学的研究内容蛋白质是一类变化多样的分子，蛋白质本身的存在形式和活动规律，如翻译后修饰、蛋白质问相互作用以及蛋白质结构等问题，必须要依赖于对蛋白质组学的研究来解决。因此蛋白质组学被分成几个主要的但又彼此重叠的分支，它们包含了从序列、结构、相互作用、表达、定位和修饰等不同方面的研究。只有把来自各方面的信息综合起来，才能全面地理解生物系统【1 4 1 。虽然给蛋白质组学的定义各有不同，但其研究内容主要包括以下几个部分：1 )了解某种特定的细胞、组织或器官制造的蛋白质种类，是对蛋白质组表达模式的研究，即检测细胞、组织中的蛋白质，建立蛋白质定量表达图谱，或扫描表达序列( e s t ) 图谱；2 ) 翻译后修饰。很多m r n a 表达产生的蛋白质要经历翻译后修饰如磷酸化，糖基化，酶原激活等。翻译后修饰是蛋白质调节功能的重要方式，因此对蛋白质翻译后修饰的研究对阐明蛋白质的功能具有重要作用。3 ) 蛋白质功能的确定。描绘蛋白质的精确三维结构，揭示它们结构上的关键部位决定其活性的部位，对确定蛋白质功能和疾病诊疗的靶位极有价值。分析酶活性和确定酶底物，细胞因子的生物分析配基受体结合分析。可以利用基因敲除和反义技术分析基因表达产物蛋白质的功能。另外对蛋白质表达出来后在细胞内的定位研究也在一定程度上有助于蛋白质功能的了解。4 ) 蛋白质组学的研究最终服务于人类的健康，主要指促进分子医学的发展。明确各种蛋白质分子是如何形成复杂联系【1 2 】l e e ，k h p r o t e o m i c s ：at e c h n o l o g y d r i v e na n dt e c h n o l o g y - l i m i t e dd i s c o v e r ys c i e n c e t r e n d sb i o t e c h n o l2 0 0 4 ，1 9 ：2 1 7 - 2 2 2 【13 1w u l f k u h l ej d ，p a w e l e t zc p ，s t e e gp s ，e ta 1 p r o t e o m i ca p p r o a c h e st ot h ed i a g n o s i s ，t r e a t m e n t ，a n dm o n i t o r i n go f c a n c e r a d ve x pm e db i o l ，2 0 0 3 ，5 3 2 ：5 9 - 6 8 1 1 4 p a n d c y a ，m a n n m p r o t e o m i c s t os t u d y g e n e s a n d g e n o m e s n a t u r e ，2 0 0 0 ，4 0 5 ( 6 7 8 8 ) ：8 3 7 8 4 6 4不同负荷运动大鼠下丘脑的比较蛋白质组学研究前言的网络，研究细胞通路、疾病、药物相互作用和一些生物刺激引起的功能紊乱的可能性，对寻找疾病诊断标志、筛选药物靶点、毒理学研究等具有重要作用。很多药物本身就是蛋白质，而很多药物的靶分子也是蛋白质。药物也可以干预蛋白质蛋白质相互作用【l5 。对蛋白质组成的分析鉴定是蛋白质组学中与基因组学相对应的主要部分，它要求对蛋白质进行表征即实现所有蛋白质的分离、鉴定即其图谱化。对蛋白质间的相互作用的研究主要内容包括：分子和亚基的聚合；分子杂交；分子识别；分子自组装；多酶复合体。通过分析一个蛋白质是否能和功能已知的蛋白质相互作用可得到揭示其功能的线索。目前，蛋白质组研究的手段主要是通过高通量2 d e进行蛋白质分离，再用专业计算机软件( 如：m e l a n i e3 ，i m a g em a s t e r2 d ) 进行图像分析，然后通过质谱( m a s ss p e c t r o m e t r y ，m s ) 技术( 包括e s i m s 和m a i ，d i - t o f i _ m s ) 及蛋白质信息处理技术对凝胶上的蛋白质定性分析与鉴定【1 6 】。2 1 3 研究蛋白质组学的重要意义随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学研究已进入了后基因组时代，生命科学的主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组研究和蛋白质组研究等【l7 1 。进行蛋白质组学研究对于生命科学有着十分重要的意义。2 1 3 1 了解基因的功能在细胞中核酸是重要的分子，但它仅仅是信息的携带者，因此通过突变对基因进行分析或通过r n a 干扰或转录物组学对m r n a 进行分析只能间接地了解蛋白质的功能。而蛋白质是细胞的实际功能分子，它们几乎负责细胞所有的生物化学活性，这是通过彼此相互作用以及和其他完全不同的分子相互作用完成。因此，蛋白质在功能上是生物系统最相关的成分，对生物系统的真正了解只能来自对蛋白质的直接研究。基因与其编码产物蛋白的对应关系只存在于新肽链而不是最终的功能蛋白中。在新肽链合成后存在多种加工、修饰过程；p e r l e r 等研究发现蛋白质间存在类似于m r n a 分子内的剪切、拼接的过程，并发现其基本元件i n t e i n 广泛存在于多种蛋白质中【l 引。大量的蛋白质尤其是重要调控蛋白的化学修饰( 如糖基化、磷酸化) 、剪切加工不但可改变其立体结构，而且是实施其功能与调节的【1 5 1 钱小红，贺福初蛋白质组学：理论与方法【m 】科学出版社，2 0 0 3 ，6 ：1 0 1 6 1 1 6 p a t e lp s ，t e l a n gs d ，r a w a lr m ，e ta i ar e v i e wo f p r o t e o m i c si nc a n c e rr e s e a r c h a s i a np a cjc a n c e rp r e y ，2 0 0 5 ，6 ( 2 ) ：1 1 3 1 1 7 【17 1p a n d e y a ，m a n nm p r o t e o m i e s t os t u d yg e n e s a n dg e n o m e s n a t u r e ，2 0 0 0 ，4 0 5 ( 6 7 8 8 ) ：8 3 7 8 4 6 i t s p e r l e rfb ，o l s e ngj ，a d a me c o m p i l a t i o na n da n a l y s i so fi n t e i ns e q u e n c e s n u c l e i ca c i dr e s ，19 9 7 ，2 5 ：1 0 8 7 - 1 0 9 3 5不同负荷运动大鼠下丘脑的比较蛋白质组学研究前言重要结构基础。这些都不能从基因编码序列中预测，只能通过对其最终物功能蛋白进行分析。2 1 3 2 研究生理和病理现象蛋白质是每一个生命有机体内每一个生物系统的重要成分，即使在最简单的细胞中也有成千上万种不同的蛋白质，它们是机体各种生物功能的基础。由于同一基因在不同细胞、不同组织中的表达情况各不相同，即使是同一细胞，在不同的发育阶段、不同的生理条件下、不同的环境影响下，其蛋白质的存在状态也不尽相同，蛋白质和蛋白质之间的相互作用控制着绝大多数的细胞发育过程。蛋白质组学全面研究细胞、组织乃至整个生命体内蛋白质组成及其活动规律，采用大规模、高通量、高速度的技术手段，通过全局性研究基因组所表达的所有蛋白质在不同时间与空间的表达谱和功能谱，全景式地揭示生命活动的本质。通过对蛋白质组的研究，能够了解不同生理和病理状态下机体组织蛋白质表达的变化，有助于深入研究各种生理与病理现象的机制l l 引。对神经退行性疾病的研究，包括临床和遗传性疾病，各种原因的神经退行性病变的疾病可能最终会影响到同一类功能的蛋白质。z a b e lc 等【2 0 】对神经退行性和非神经退行性疾病调控网络的研究，发现结点蛋白在各种神经退化疾病中的蛋白质丰度呈现多样性，提示结点蛋白表达的变化可作为神经退化病症诊断的参考指标。m o r 6 nj a 等【2 1 】对吗啡成瘾改变海马突触后致密蛋白的研究发现，滥用药物诱导神经系统功能的变化与脑组织中蛋白表达的变化有关，药物诱导的可塑性可以介导的变化包括突触结构和突触后致密物质( p s d ) ，采用定量蛋白质组学分析技术与同位素标记亲和标记定量分析海马蛋白表达水平的变化。研究发现有10 2 个差异表达的蛋白，大多数与信号转导和细胞骨架蛋白，它们参与了突触可塑性调节，对学习和记忆产生影响。吗啡对参与内吞机制的蛋白质产生了影响，网格蛋白与a m p a 受体亚基的表达变化造成的再分配与突触内吞蛋白有关，海马突触可塑性与谷氨酸递质相关的突触变化有关。1 1 9 d i n gs j ，l iyt a ny x ，e ta 1 f r o mp r o t e o m i ca n a l y s i st oc l i n i c a ls i g n i f i c a n c eo v e re x p r e s s i o no fc y t o k e r a t i n1 9c o r r e l a t e sw i t hh e p a t o c e l l u l a rc a r c i n o m am e t a s t a s i s m o lc e l lp r o t e o m i c s ，2 0 0 4 ，3 ( 1 ) ：7 3 81 l z a b e lc ，s a g id ，k a i n d la m ，e ta 1 c o m p a r a t i v ep r o t e o m i c si nn e u r o d e g e n e r a t i v ea n dn o n - n e u r o d e g e n e r a t i v e，d i s e a s e ss u g g e s tn o d a lp o i n tp r o t e i n si nr e g u l a t o r yn e t w o r k i n g jp r o t e o m er e s 2 0 0 6a u g ；5 ( 8 ) ：19 4 8 - 5 8 弘“m o r 6 nj a , a b u l h u s nn s ，r o z e n f e i d e ta 1 m o r p h i n ea d m i n i s t r a t i o na l t e r st h ep r o f i l eo fh i p p o c a m p a lp o s t s y n a p t i cd e n s i t y a s s o c i a t e dp r o t e i n s ：ap r o t e o m i c ss t u d yf o c u s i n go ne n d o c y t i cp r o t e i n s m o lc e l lp r o t e o m i c s 2 0 0 7j a n ；6 ( 1 ) ：2 9 - 4 2 6不同负荷运动大鼠下丘脑的比较蛋白质组学研究前言k a s h e mm a 等【2 2 】对胼胝体的差异蛋白表达研究，发现长期摄入过酒精引起代谢异