作者：河南中医药大学第一附属医院骨伤一科     卜献忠

1994年MarcWikins首先提出“蛋白质组学”的概念，目前蛋白质组学技术大致可分为双向电泳技术、生物质谱技术、液质联用技术等。蛋白质组学是以蛋白质为研究对象，通过系统分析不同因素导致的机体内蛋白质差异表达变化来观察在不同环境下细胞内部的活动规律及状态，进而探讨机体外部异常刺激的具体反应途径和调控方式，并对严重影响机体功能的蛋白质进行定性定量以及功能分析，最终实现对机体内各种生理变化、病理转变过程进行整体而全面的认识、分析发病机制以及筛选生物标志物等目标，以期为今后发现骨科多种疾病的发病机制、早期诊断及治疗提供新方法。因此，本文就近年来有关脊柱相关疾病蛋白质组学的研究成果展开综述。

蛋白质组学在脊柱退行性疾病病理基础研究的现状

脊柱韧带骨化与肥厚生物标记物筛选、发病机制分析      后纵韧带骨化（OPLL）、黄韧带骨化均属于病理性脊柱异位骨化性（OSL）疾病范畴，而黄韧带肥厚（HLF）是一种多发的脊椎退变疾病，三者均是导致椎管狭窄、脊髓受压的关键因素，严重者影响并危害患者神经功能。基于脊柱韧带组织的蛋白质组学研究，可为后期找到该病的发生机制、早期诊断方法提供理论依据。通过对OPLL患者和健康受试者进行血清蛋白质组学分析，结果显示OPLL患者的趋化因子（C-X-C基序）配体7[chemokine(C-X-Cmotif)ligand7,CX⁃CL7]水平降低，同时在缺乏CXCL7的小鼠中发现了OPLL进展，由此表明，CXCL7水平可作为OPLL进展的血清标志物，还表明，提高患者的CXCL7水平，可以作为OPLL的有效治疗策略。胡万东等对OSL和正常黄韧带组织进行蛋白质组学分析，研究发现，钙结合蛋白A10、叶酸受体β、高迁移率族蛋白B1可能是通过调控炎性过程、成骨分化、骨形成及血管钙化在TOLF疾病发生发展中发挥重要作用。对HLF和非HLF患者组织进行蛋白组学研究发现，在HLF中细胞因子受体样因子1（CRLF1）被上调，同时还发现，抑制CRLF1可减少炎症细胞因子和机械应力引起的纤维化，这可能是HLF的一种潜在的治疗策略。对HLF中医“气虚血瘀证”进行微观的蛋白质组学实验研究，结果发现抑制素βA可能是该证型LSS患者HLF的关键影响因子，这为今后制定中医辨证论治该病的客观性标准奠定了理论基础。

椎间盘退变与修复机制研究     椎间盘退行性病（IDD）是一系列脊柱退行性疾病的病理基础，发病率髙，常始于髓核，随着年龄增长，髓核含水量下降、髓核营养缺乏、髓核细胞开始衰老，进而在分子水平上发生一系列微观改变。从分子角度全面认识椎间盘退变发生与发展的作用机制，可为未来科学地制定椎间盘退变的防治方案提供理论指导。对椎间盘变性髓核组织进行蛋白质组学技术检测，结果显示，多重蛋白仅在胎儿髓核组织中表达，胶原蛋白X型α1在椎间盘变性髓核组织被上调，并认为后者是一种新的椎间盘退变的生物标志物。一项类似研究发现，在退变椎间盘髓核细胞中炎症相关自分泌因子几丁质酶-3样蛋白1（CHI3L1）、细胞外基质的合成代谢和丝氨酸/苏氨酸蛋白（AKT3）激酶均被上调，并认为通过促进AKT3信号通路，可抑制髓核组织中CHI3L1的表达，对椎间盘变性发挥保护作用。一项治疗性蛋白质组学分析显示，二甲双胍可促进间充质干细胞衍生的细胞外纳米囊泡的释放，改善椎间盘细胞衰老的状态。

脊髓损伤发生与修复机制研究      脊髓损伤（SCI）是一种发病率、致残率、死亡率极高的疾病，按其病理性质可分为原发性和继发性损伤，而后者存在一定的可修复性。因此，对其发生及修复机制进行深入地探讨可为今后改善其预后提供理论参考。SCI的特征是急性神经元细胞和轴突损伤，紧接着发生血脊髓屏障损伤、炎症的级联反应和神经细胞坏死等一系列病理事件，然而这些病理过程背后的生物介质尚未研究清楚。对SCI1周、正常对照大鼠进行差异蛋白质组学分析，结果显示补体成分C3、血清白蛋白、血清转铁蛋白等多种蛋白在脊髓组织中异常表达，其发病机制涉及炎症反应、脂蛋白代谢、自由基形成等生物作用。另有研究发现，SCI大鼠模型神经炎症在急性和亚急性时间点持续加剧SCI作用与髓系细胞标记物、免疫反应功能和溶酶体功能有关。

SCI的预后极差，内源性保护因子被认为是可行的治疗手段，目前研究最多的是内源性干细胞、高压氧、激素等治疗。对于脐带间充质干细胞和脂肪组织间充质干细胞共移植7d后进行蛋白组学分析，结果发现，脐带间充质干细胞通过诱导与轴突再生、神经萎缩和细胞凋亡相关差异蛋白变化，进而促进脊髓神经元的存活和轴突再生，减少胶质瘢痕和损伤腔的形成。一项治疗性蛋白质组学研究发现，高压氧治疗通过促进LXR/RXR急性期反应信号通路和内在凝血酶原通路激活发挥促进脊髓修复的作用。褪黑激素也可通过抑制N6-甲基腺苷的整体修饰和M6A“修饰”甲基转移酶样3表达，促进SCI后神经功能的恢复。因此，有效调控SCI病理过程背后的微观生物介质的变化可对促进脊髓修复发挥重要作用。

蛋白质组学在脊柱相关疾病研究的概况

颈椎病生物标记物筛选与发病机制分析      颈椎病（CS）多见于40岁以上的中老年人群，根据临床症状可分为神经根型（CSR）、椎动脉型、脊髓型（CSM）、交感神经型以及混合型。有研究表明，我国50岁以上人群中约25%患有颈椎病或有过颈椎病史，而60岁以上人群发病率高达50%，这给患者及整个家庭、社会带来沉重的经济负担。因此，对其生物标记的筛选及发病机制的研究显得尤为重要。卜献忠等初步对CSR与正常健康人血清进行蛋白组学分析，发现人类白细胞抗原A、肌球蛋白轻链3、4-羟基苯丙酮酸双加氧蛋白酶在CSR血清中异常表达，并认为它们是正常健康人向CSR转化过程中的特异性血清标志物，同时还对气虚血瘀证发育性颈椎管狭窄向同证CSM转化的早期诊断蛋白组学标志物进行研究，最终筛选出了整合素链接激酶、纤维连接蛋白1、细胞分裂周期蛋白42等89种差异蛋白，这些蛋白涉及到与CSM发病相关的骨生成与破坏、神经系统、凝血系统、细胞炎症等系统，以期为从蛋白这一微观角度阐释CSM证候机制或对证候做出定量诊断提供参考依据。然而，关于椎动脉型、交感神经型以及混合型颈椎病的蛋白组学研究未见相关报道，有待研究者们进一步探讨。

强直性脊柱炎生物标记物筛选与发病机制分析      强直性脊柱炎（AS）的发病机制包括遗传因素、免疫因素以及病理性成骨等，单独或共同导致AS疾病发生。蛋白质组学可为观察AS的病理过程中细胞内部的活动规律及状态提供技术支持，现已有诸多蛋白质组学技术应用于该病发病机制和中医证型的研究。对AS患者及健康人进行蛋白质组学分析，结果显示，在AS患者外周血单个核细胞中发现热休克蛋白90AA1、基质相互作用分子1、Rho相关蛋白激酶2等差异蛋白被上调，提示机体免疫异常调节参与了AS的发病过程。对AS湿热痹阻证和寒湿痹阻证患者进行差异蛋白质分析，结果发现，在AS湿热痹阻证患者血清中白细胞介素17F突变型、激肽原1、甘露糖结合蛋白C等高表达，并推测炎症免疫、细胞增殖、补体激活通路可能参与AS湿热痹阻证的病理过程。因此，通过对AS中医“证”实质进行微观的实验探讨，可为阐明“证”的物质基础及中医辨证论治该病提供理论依据。

脊柱结核生物标记物鉴定与发生机制分析     脊柱结核（STB）是一种临床症状非典型性、影像学非特异性、诊断困难，且治疗棘手的感染性疾病，严重者可导致脊柱后凸畸形、脊髓神经损伤，甚至瘫痪。所以，对其发生机制、早期精准诊断的研究显得尤为必要。娄才立等对STB患者与健康正常人的外周血浆进行蛋白组学分析，结果发现，在STB中脂多糖蛋白、S100-A8蛋白、S100-A9蛋白被上调，其发病机制可能与白介素-17信号通路和自噬信号通路介导炎症、自噬、趋化因子等生物功能有关。一项蛋白质组学研究也发现，脂多糖蛋白可能是诊断STB的新候选生物标志物。Xu等对STB组织进行蛋白组学筛选，结果鉴定了编码细胞色素B-245β链、基质金属蛋白酶9和C-X-C基序趋化因子配体10等42种免疫相关蛋白，提示其可通过趋化性和巨噬细胞活化抵抗结核分枝杆菌感染，被认为可作为STB治疗的分子靶点。

脊柱侧弯生物标记物筛选与发生机制研究     青少年特发性脊柱侧凸（AIS）和退行性脊柱侧弯（DS）均属于复杂的脊柱三维畸形范畴，前者常发生在青春期女性，在全球患病率为0.5％~5.2％，严重的AIS可导致呼吸衰竭、心血管风险、死亡等，而后者多见于老年人，其中60岁以上人群发病率为8.3%~13.3%，其临床症状表现为中轴性腰痛、神经根性疼痛等。所以，蛋白组学技术在脊柱侧弯的应用可为未来发现AIS与DS的辅助性诊断指标和阐明其发病机制提供新思路。Shen等对AIS患者与正常健康人血浆进行蛋白组学检测，结果筛选出纤维连接蛋白1、电压依赖性阴离子通道1、Ras同源物家族成员A等42种差异蛋白，并认为其可作为AIS的潜在生物标记物。一项类似研究发现，在AIS进展组中半乳糖代谢和糖酵解途径失调，提示肌肉碳水化合物代谢失调可能参与了AIS的发病过程。Zhu等采用蛋白质组学技术对DS患者和健康正常人血清进行差异蛋白筛选，结果发现，G蛋白调节神经突生长的亚型1、C载脂蛋白J、博多抗原等蛋白被下调，其发病机制可能与通过调控神经系统分化、自身免疫反应、胶原蛋白样的结构域变化等生物过程有关。

神经管缺陷的生物标记物鉴定与发生机制研究      脊柱裂（SB）是神经管缺陷（NTDs）的最常见表型，2018年在我国围产期NTDs发生率1.45/万，如延误治疗可能会导致下肢瘫痪、脊柱变形、脑积水等一系列并发症。因此，对于NTDs生物标记物筛选与发病机制的研究具有重要的现实意义。安东等通过对先天性显性脊柱裂（SBA）致畸早期孕11、13d（E11、E13）与正常孕鼠血清蛋白表达谱进行分析，结果鉴定出了66个差异蛋白，其中有38个被上调，28个被下调，并认为这些致畸早期差异蛋白有望作为NTDs产前诊断的标志物。对NTDs婴儿脑脊液以及大鼠胚胎和血清进行蛋白质组学研究，结果发现，在NTDs婴儿脑脊液筛选出18种蛋白质与人类胚胎神经形成过程中脑脊液中的神经管闭合有关，同时还发现，在携带NTDs胚胎的怀孕大鼠的胚胎和血清中富含肉豆蔻酰化的丙氨酸C激酶底物、Kunitz型蛋白酶抑制剂2和载脂蛋白B-100低表达，并认为后者3种生物标志物相结合比使用单一的生物标志物有更高的诊断准确性，其有助于该病的产前筛查。

小结

蛋白组学、代谢组学以及转录组学是目前寻找疾病发病机制、早期诊断和早期治疗方法的最先进手段，其中蛋白组学技术作为多组学的重要组成部分，可为脊柱相关疾病的研究提供一个新的契机，随着该组学研究技术不断发展，已获得一系列较为重要的研究成果。然而，目前该组学技术在脊柱相关疾病的应用还处于初级阶段，临床药物治疗该疾病的蛋白组学相关文献更少，这可能与相关的蛋白组数据库仍比较有限有关，最终使其与实际临床应用仍存在巨大差距。但是应坚信，随着蛋白组学技术的不断更新和研究的逐渐深入，运用该组学技术研究脊柱相关疾病的分子生物学发病机制并筛选出精准靶点蛋白，将成为该疾病早期诊疗的有力手段，并推动脊柱领域进一步发展并有可能取得重大突破。

来源：中国矫形外科杂志2024年10月第32卷第20期

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