蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù)篩選顱腦損傷促進(jìn)骨折愈合的關(guān)鍵分子.pdf

1、臨床實(shí)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(xué)者的關(guān)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(guān)。近期有報(bào)道顯示顱腦損傷患者血清和腦脊液(CSF)能夠促進(jìn)成纖維細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)和前體成骨細(xì)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(dǎo)的潛能。顱腦損傷后可能由于血腦屏障(BBB)的

2、破壞或機(jī)體的系統(tǒng)反應(yīng)造成血液內(nèi)一些分子濃度改變,這些差異分子進(jìn)一步調(diào)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(zhuǎn)化生長因子、神經(jīng)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(rèn)同,但其病理生理學(xué)機(jī)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(xué)技術(shù)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(xué)技術(shù),研究顱腦損傷血清中生物活性分子表達(dá)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(guān)系進(jìn)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(yīng)用前景的促進(jìn)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(zhì)量的影響。在建立穩(wěn)定可靠的動物模型基礎(chǔ)上,采用影像、病理和組織學(xué)技術(shù)證明顱腦損傷合并骨折大鼠患肢骨折位點(diǎn)骨密度和礦化程度高、骨小梁

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

5、上調(diào)的觸珠蛋白(Hp)。進(jìn)一步研究表明顱腦損傷后白介素6調(diào)節(jié)肝臟合成觸珠蛋白,分泌進(jìn)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(xué)分析顯示它們均為炎癥調(diào)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(zhì)譜技術(shù)的顱腦損傷大鼠血清代謝組學(xué)研究。代謝組學(xué)(Metabonomics/metabolomics)是效仿基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究思想,對

6、生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定量分析,并尋找代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系的研究方式,其研究對象大都是相對分子質(zhì)量1000以內(nèi)的小分子物質(zhì)。應(yīng)用此技術(shù)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(diào)。細(xì)胞和分子水平研究顯示花生四烯酸能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖和調(diào)節(jié)骨鈣素的表達(dá)。有報(bào)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(fù)的機(jī)械強(qiáng)度主要與骨重建期合成和分解的平衡有關(guān)。因此,花生四烯酸可能通過加速

7、成骨細(xì)胞的成熟調(diào)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(zhì)譜和芯片技術(shù)的顱腦損傷大鼠血清多肽和microRNA(miRNA)表達(dá)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(nèi)發(fā)揮著重要功能,它們在多個層次調(diào)節(jié)機(jī)體的病理生理過程。通過肽組學(xué)和miRNA芯片技術(shù)檢測顱腦損傷大鼠血清多肽和miRNA表達(dá)譜,篩選差異多肽和miRNA,彌補(bǔ)前期蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)研究的不足,為顱腦損傷促進(jìn)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(yīng)用比較蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對短暫性腦缺血發(fā)作(TIA)患者血清標(biāo)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(jìn)的影響學(xué)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(yīng)用基于凝膠分離技術(shù)的比較蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究短暫性腦缺血患者血清表達(dá)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(yàn)證。對于這些差異蛋白研究或結(jié)合已有的診斷方法很可能提高臨床短暫性腦缺血發(fā)