蛋白質組學和代謝組學技術篩選顱腦損傷促進骨折愈合的關鍵分子.pdf

1、臨床實踐證據(jù)顯示顱腦損傷能夠加速骨折愈合。早期臨床觀察發(fā)現(xiàn)顱腦損傷合并骨折的患者比單純骨折患者的骨折愈合快、骨痂生長快且數(shù)量多。這一現(xiàn)象引起了各國學者的關注,愈來愈多的證據(jù)表明顱腦損傷與異位骨化(HO)、快速的骨連接和肥大骨痂密切相關。近期有報道顯示顱腦損傷患者血清和腦脊液(CSF)能夠促進成纖維細胞、間充質干細胞(MSC)和前體成骨細胞的增殖,這些發(fā)現(xiàn)表明顱腦損傷患者血清和腦脊液具有骨誘導的潛能。顱腦損傷后可能由于血腦屏障(BBB)的

2、破壞或機體的系統(tǒng)反應造成血液內一些分子濃度改變,這些差異分子進一步調節(jié)了患肢骨折的愈合。已發(fā)現(xiàn)有多種分子參與這一事件,例如生長激素、轉化生長因子、神經生長因子、白介素1(IL1)和白介素6(IL6)等。到目前為止,雖然對顱腦損傷加速骨折愈合的現(xiàn)象得到普遍認同,但其病理生理學機制仍然存在著廣泛的爭議,并且早期研究主要是針對已知某個或某幾個分子展開研究,很少有采用組學技術對這一現(xiàn)象展開系統(tǒng)研究。
　　本論文的研究目的是首先利用最新的生

3、命組學技術,研究顱腦損傷血清中生物活性分子表達譜,篩選顱腦損傷后血清中的差異分子。然后對差異分子與顱腦損傷的關系進行初步探討,為全面、深刻地理解顱腦損傷加速骨折愈合這一現(xiàn)象提供新的依據(jù)和線索,還可能尋找到具有潛在應用前景的促進骨折愈合的分子。
　　本論文由五部分組成。第一部分，研究了顱腦損傷對骨折愈合質量的影響。在建立穩(wěn)定可靠的動物模型基礎上,采用影像、病理和組織學技術證明顱腦損傷合并骨折大鼠患肢骨折位點骨密度和礦化程度高、骨小梁

4、大、成骨細胞多且胞漿豐富。細胞和分子水平研究顯示顱腦損傷大鼠血清能夠促進成骨細胞(MC3T3-E1)增殖和調節(jié)骨鈣素(BGLAP)的表達,由此推測顱腦損傷加速骨折愈合很可能是通過調控成骨細胞的增殖和礦化的形成而實現(xiàn)的,并為后續(xù)差異分子的篩選奠定基礎。
　　第二部分，闡述基于雙向電泳和質譜技術的顱腦損傷大鼠血清比較蛋白質組學研究。應用高分辨率的分離和高通量的鑒定技術,分析顱腦損傷后不同時間血清蛋白表達譜,成功鑒定顱腦損傷24小時顯著

5、上調的觸珠蛋白(Hp)。進一步研究表明顱腦損傷后白介素6調節(jié)肝臟合成觸珠蛋白,分泌進入血液循環(huán)系統(tǒng),同時白介素6在顱腦損傷后血清中也顯著升高。對觸珠蛋白和白介素6的生物信息學分析顯示它們均為炎癥調控的重要分子,由此推測它們可能在骨折愈合的炎癥期扮演重要角色。
　　第三部分，闡述基于氣相色譜和質譜技術的顱腦損傷大鼠血清代謝組學研究。代謝組學(Metabonomics/metabolomics)是效仿基因組學和蛋白質組學的研究思想,對

6、生物體內所有代謝物進行定量分析,并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系的研究方式,其研究對象大都是相對分子質量1000以內的小分子物質。應用此技術成功篩選鑒定出8個差異代謝小分子,其中花生四烯酸(AA)在顱腦損傷后顯著上調。細胞和分子水平研究顯示花生四烯酸能夠促進成骨細胞增殖和調節(jié)骨鈣素的表達。有報道顯示骨折愈合速度主要取決于炎癥期、軟骨痂和硬骨痂形成期,而骨折修復的機械強度主要與骨重建期合成和分解的平衡有關。因此,花生四烯酸可能通過加速

7、成骨細胞的成熟調控軟骨痂和硬骨痂的形成。
　　第四部分，闡述基于液相色譜串聯(lián)質譜和芯片技術的顱腦損傷大鼠血清多肽和microRNA(miRNA)表達譜研究。愈來愈多的證據(jù)顯示小分子多肽和miRNA在生物體內發(fā)揮著重要功能,它們在多個層次調節(jié)機體的病理生理過程。通過肽組學和miRNA芯片技術檢測顱腦損傷大鼠血清多肽和miRNA表達譜,篩選差異多肽和miRNA,彌補前期蛋白質組學和代謝組學研究的不足,為顱腦損傷促進骨折愈合這一現(xiàn)象的探

8、討提供新的線索。
　　第五部分，闡述應用比較蛋白質組學技術對短暫性腦缺血發(fā)作(TIA)患者血清標志物的篩選。短暫性腦缺血發(fā)作患者是腦卒中發(fā)病的高危人群。盡管目前有先進的影響學診斷方法,但臨床早期診斷短暫性腦缺血發(fā)作仍然存在很大挑戰(zhàn)。應用基于凝膠分離技術的比較蛋白質組學方法研究短暫性腦缺血患者血清表達譜,成功鑒定5個差異蛋白,并在短暫性腦缺血模型動物血清中得到驗證。對于這些差異蛋白研究或結合已有的診斷方法很可能提高臨床短暫性腦缺血發(fā)