發表期刊：Food &Function

發表時間：2021年9月23日

影響因子：5.396

合作客戶：華中科技大學同濟醫學院藥學院

百趣生物提供服務：TMT標記定量蛋白組

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/或環境和不健康的飲食習慣。高脂血癥長期存在可導致動脈粥樣硬化、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防高血脂癥。因而研究其作用機制具有重要而深遠的意義，本研究首次從蛋白質組學角度揭示了姜黃對高脂血癥的預防機制。結果表明膳食中添加姜黃可通過調節代謝途徑中蛋白質的表達來預防高脂血癥。
 

技術路線

研究結果

1. 姜黃對高脂血癥的預防作用
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，三組之間的體重沒有統計學上的顯著差異。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)，證實姜黃能有效預防高脂血癥。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. 姜黃對肝臟脂質積聚的影響

2. 血漿中的差異表達蛋白與生物信息學分析
小鼠血漿的TMT的定量蛋白質組學結果共鑒定704種蛋白質，可定量蛋白質682種。如圖3所示。36個蛋白在HFD中差異表達。為了篩選在姜黃處理過程中起重要作用的蛋白質，對這些DEP(差異表達蛋白)進行了生物信息學分析。如圖4b所示，其中補體和凝血級聯途徑、膽固醇代謝途徑與脂質代謝、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。FGA、FGB、FGG、APOC3、APOB和HL彼此緊密相連，表明它們在網絡中具有關鍵的調節作用。
 

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分析

3. 肝臟中的差異表達蛋白與生物信息學分析
肝臟樣本的TMT蛋白組學結果共鑒定出4208種蛋白質，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DEP。對這76個由姜黃引起的DEP進行GO注釋分析。姜黃改變的蛋白質主要分布在細胞質、細胞核、線粒體、內質網和質膜中。DEPs主要參與脂質代謝過程、花生四烯酸代謝過程、跨膜轉運、有機環化合物反應。此外，分子功能分析顯示，大多數DEP具有氧化還原酶、轉移酶、水解酶、單加氧酶和ATP結合活性(圖5a)。花生四烯酸代謝、類固醇激素生物合成和PPAR信號途徑與脂質代謝密切相關，參與這三條途徑的12個DEP可能是姜黃發揮降脂作用的關鍵蛋白質。進一步的PPI網絡分析發現76個節點和99個邊緣相互連接(圖5c)，12個蛋白質位于PPI網絡的中心，意味著它們與其他蛋白質的相互作用更強，是關鍵作用蛋白并可揭示姜黃的預防作用機制。
 

圖5. 肝臟樣本TUR組vs HFD組差異蛋白的生物信息學分析

4. DEPs在血漿和肝臟中的相互作用網絡分析
如圖6a所示，相互作用網絡中總共有64個節點。APOC3在血漿和肝臟中均有差異表達。DEPs的相互作用不僅發生在肝臟或血漿中，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DEP可與肝臟中的19個DEP相互作用，表明這些DEPs不僅是調節相關代謝途徑的關鍵蛋白，而且共同調節脂質代謝。
 

圖6. HFD組 vs TUR組差異蛋白的PPI分析

5. Western Blot分析驗證關鍵蛋白
為了驗證基于TMT的定量蛋白質組學結果的可靠性，本研究對關鍵蛋白質進行了Western Blot分析。血漿中的FGA、APOB和APOC3以及肝臟中的CYP4A10、CYP8B1、APOC3和CBR1是參與關鍵通路的DEP。其屬于血漿纖維蛋白原、脂蛋白、細胞色素P450酶和NADPH依賴性還原酶，參與脂質合成和分泌、膽固醇/膽汁代謝、脂肪酸氧化和脂質過氧化。故而可能與姜黃對高脂血癥的預防機制有關。血漿樣本的Western Blot分析結果表明(圖7a和b)，與HFD組相比，TUR組FGA、APOB和APOC3的相對表達水平顯著降低，這與蛋白質組學結果一致。對于肝臟蛋白質，姜黃干預顯著降低了CYP4A10、CYP8B1和APOC3的表達水平，并且CBR1在TUR組中的表達顯著高于HFD組(圖7c和d)，這與蛋白質組學研究一致。
 

圖7. Western Blot分析驗證血漿和肝臟中的關鍵蛋白質

結論

本研究應用TMT的蛋白質組學技術，在血漿和肝臟中篩選出由姜黃引起的差異表達蛋白。這些蛋白質參與生物系統中脂質的吸收、合成、運輸和代謝。他們參與補體和凝血級聯途徑以及膽固醇代謝途徑并與脂質代謝密切相關。本研究不僅證實了姜黃作為膳食補充對高脂血癥的預防作用，而且還揭示了姜黃預防高脂血癥的機制。

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