蛋白质组学在疾病研究中的应用：维生素D缺乏导致补体系统异常激活

2022年9月30日，银川市第一人民医院谢晓敏教授团队在《Immunologic Research》发表题为“Vitamin D deficiency leads to the abnormal activation of the complement system”的研究论文，该研究运用Laber free蛋白质组学技术在疾病研究中的应用，分析了不同维生素D水平下补体系统蛋白质表达的变化，发现了维生素D缺乏不仅会导致胰岛素抵抗和糖代谢紊乱，还会导致蛋白质表达异常，从而导致补体系统的异常激活。为进一步研究维生素D与免疫系统的关系提供了新的理论基础。百迈客生物为该研究提供了蛋白组检测服务与部分分析工作。

研究背景

维生素 D 对维持人类健康至关重要，维生素 D 在促进先天免疫方面发挥着重要作用。作为先天免疫的调节剂，维生素D可以促进巨噬细胞和单核细胞角质形成细胞产生防御素β2和cathelicidin抗菌肽，从而增加抗菌活性。此外，维生素 D 可调节先天免疫系统并增加吞噬细胞的能力。维生素 D 和补体系统在肌肉骨骼系统、循环和新陈代谢中具有一些共同的病理生理学途径。维生素 D 可上调巨噬细胞补体受体免疫球蛋白对病原微生物的先天免疫。然而，维生素D缺乏是否会导致补体系统的异常激活尚不清楚。

在该研究中，作者应用高通量非靶向蛋白质组学技术，根据维生素D水平，对不同空腹血糖状态下的体检人群进行分组，探讨维生素D缺乏对人体补体系统激活的可能机制。为蛋白质组学在疾病研究中的应用提供了一个很好的案例。

研究方案

样本：体检人群，男22例，女18例。其中空腹血糖<5.6mmog/L组，5.6mmog/L~6.1 mmol/L组10例，≥7.0mmoL/L组10例。

所有受试者按其血清25-羟基维生素D水平分为3组：A组15例，25（OH）VD≥40 ng/mL；B组15例，≤25（OH）VD<40 ng/mL；C组10例，25（OH）VD<30 ng/mL。

临床数据收集:性别、年龄、吸烟史、收缩压（SBP）、舒张压（DBP）、身高、体重、腰围和臀围、身体质量指数（BMI）和腰臀比（WHR）

方法：收集外周静脉血，酶联免疫吸附试验（ELISA） 、胰岛β细胞功能评估、Label free蛋白组检测

技术路线

主要结果

1、维生素D缺乏导致胰岛素抵抗

表1显示了三组人体样本的一般信息。比较了三组的一般数据，发现三组之间在年龄、SBP、DBP、BMI、WHR、TC、TG、HDL、LDL、ALT、AST和尿素方面没有显著差异（p>0.05）。随着维生素D含量的降低，HbA1c、Fbg、FINS和HOMA-IR水平升高，而HOMA-β水平则相反。这些结果表明，维生素D缺乏导致血糖水平升高和胰岛素抵抗。

2、维生素D缺乏会导致糖代谢异常

为了进一步了解维生素D缺乏对葡萄糖代谢的影响，根据空腹血糖值对每组样本进行细分，进行亚组分析。如表2所示，A组有8例空腹血糖<5.6mmoL/L，7例空腹血糖<≤7.0mmoL/L。B组2例Fbg<5.6mmoL/L，10例Fbg＜5.6mmoL/L，3例Fbg≥7.0mmoL/L，C组3例Fbg<Fbg≤7.0mmoL/L，7例Fbg≥7.0mmoL/L，表明维生素D缺乏可导致高血糖和糖代谢异常。

3、差异蛋白质组学分析

对三组蛋白质样本进行了PCA分析（图1）。蛋白质组差异分析用于分析维生素缺乏对补体差异蛋白的影响。如火山图（A vs B）所示，随着维生素D含量的降低，7种蛋白质的表达水平上调，7种蛋白质的表达水平下调（图2A），如补体因子B（CFB）、原肌球蛋白α-4链（TPM4）和可诱导共刺激分子配体（ICOSL）。A组和B组热图分析结果显示两组之间有很好的分离（图2B）。

同样，与B组相比，C组发现4个上调蛋白和13个下调蛋白（图2C），如神经细胞粘附分子L1样蛋白和胰岛素样生长因子I/II（IGF-I和IGFII）。此外，在 A 组和 C 组之间鉴定出更多的差异蛋白，维生素 D 缺乏上调 8 种蛋白质的表达并下调 17 种蛋白质的表达（图2E，A vs C），热图显示 B 组和 C 组（图2D）以及 A 组和 C 组（图2F）之间的良好分离。此外，对补体系统中的关键蛋白质进行了统计分析（表 3）。为了探索维生素 D 对补体蛋白的影响，列出了不同的补体蛋白（表 3）。结果表明，维生素D缺乏导致CFB、TPM4、C9、ICOSL、PI16表达异常。这些结果表明，维生素 D 缺乏会导致某些蛋白质的异常表达。

4、差异表达蛋白的GO分析

为了进一步探索差异蛋白的潜在功能，我们进行了GO分析。GO功能分析显示，A组和B组之间差异表达的蛋白质主要与“胰岛素受体结合”、“防御反应”、“积极调节活化的T细胞增殖”和“细胞对淀粉样β蛋白的反应”有关（图3）。与C组相比，B组与C组差异表达的蛋白质主要集中在“活化T细胞增殖的正向调节”、“胰岛素样生长因子结合蛋白复合体”和“维生素D结合”（图4，见原文）。与C组相比，A组差异表达的蛋白质主要集中在“防御反应”、“免疫突触”和“胰岛素样生长因子结合”（图5，见原文）。这些结果表明，差异蛋白广泛参与免疫功能和胰岛素分泌。

5、差异蛋白质的KEGG分析

A组和B组差异表达的蛋白质主要涉及“P53信号通路”和“TRP通道的炎症介质调节”（图6A）。B组与C组和A组与C组的差异表达蛋白富含“细胞黏附分子”（图4B、C）。此外，A和C之间差异表达的蛋白质与“维生素消化和吸收”和“肠道免疫网络产生IgA”有关。这些结果表明，维生素D缺乏会导致免疫调节紊乱。

总结

该研究的主要发现如下：

（1）维生素D缺乏导致胰岛素抵抗和糖代谢紊乱

（2）维生素D缺乏导致补体蛋白异常表达和补体系统激活

（3）功能丰富分析表明，补体蛋白异常参与了与胰岛素分泌和糖代谢调节相关的细胞功能。该研究为进一步研究维生素D对免疫系统的调节作用提供了新的参考。

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参考文献：

Li, Huan et al. “Vitamin D deficiency leads to the abnormal activation of the complement system.” Immunologic research, 10.1007/s12026-022-09324-6. 30 Sep. 2022, doi:10.1007/s12026-022-09324-6