Cell Reports：蛋白质组学评估人多能基质细胞的再生能力

景杰生物/解读

景杰编者按：人多功能基质细胞(hMSCs)是再生医学中应用最广泛的细胞类型之一，其最有价值的特性之一是可再生细胞因子和免疫调节因子的大量分泌。hMSCs分泌多种生长因子、细胞因子和趋化因子，可诱导细胞增殖和促进血管生成，每一种hMSC细胞的治疗潜力与它们分泌的物质种类和分泌量直接有关。尽管hMSCs已经安全地成功地应用于许多临床治疗中，但仍然缺乏对其分泌营养因子的直接表征以及鉴定其应用潜能的研究。

近日，一项发表在国际专业学术杂志Cell Reports的研究中，来自加拿大的David和Gilles教授团队运用Label-free定量蛋白质组学与靶向蛋白组学PRM等将hMSC细胞系分为β细胞再生系和非再生系，并且筛选出16种能有效鉴定hMSCs β细胞再生的蛋白质标记，为β细胞再生的临床应用以及hMSC细胞系的分类提供了重要的指导意义。

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研究精读

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实验思路：

研究者首先通过定量蛋白质组学评估hMSC细胞系的β细胞再生潜能，随后运用蛋白质定量组学鉴定hMSC细胞系分类的蛋白质标记，最后运用靶向蛋白组学（PRM技术）、功能验证等对β细胞再生hMSCs中鉴定到的预测蛋白进行验证，是蛋白质组学运用于生物标记物筛选与鉴定的典型案例。

实验思路概要

1. 定量蛋白质组学策略评估hMSC细胞系的β细胞再生能力

研究者将供体来源的hMSCs分离、体外扩增并移植到高血糖小鼠模型中，监测小鼠血糖42天以确定内源性β细胞的再生潜力。同时分离和体外扩增供体来源的hMSCs，24小时培养后捕获分泌蛋白，利用质谱依赖的定量蛋白质组学测定β细胞再生hMSCs的蛋白特征（Figure 1A）。

主成分分析表明再生型和非再生型hMSC具有良好的分离性能(Figure 1B)。共有3038种特异蛋白被定量，其中至少有2258种在所有样本中被定量(Figure 1C)。GO分析显示共有590个具有细胞外定位的蛋白(Figure 1D)。再生和非再生hMSCs共发现405种蛋白，131种为经典分泌蛋白（Figure 1E）。

图1 定量蛋白质组学策略评估hMSC细胞系的β细胞再生能力

2. 蛋白质组学鉴定hMSC细胞系分类的蛋白质标记

平均每个样本定量了2300个蛋白质，其中88%的蛋白质在两个重复中都存在（Figure 2A）。皮尔森相关性分析显示，再生和非再生样本间的相关性较低，说明定量分泌的蛋白表达水平有很大差异。而再生样本之间的相关性远低于非再生样本，说明从再生样本中定量的分泌蛋白具有更多的异质性（Figure 2B）。

研究人员进一步对所有定量蛋白质组学数据中检测到的蛋白质和分泌的蛋白质进行无偏倚挖掘和蛋白质标记选择。选择了41种能够很好的分离再生和非再生hMSC系的蛋白质（Figure 2C），包括18个经典分泌蛋白和23个细胞内蛋白（Figure 2D），并对筛选到16个经典分泌蛋白进行验证（Figure 2E）。其中非再生型hMSC中表达增加的蛋白12个，再生型hMSC中表达增加的蛋白4个（Figure 2F）。

图2 蛋白质组学鉴定hMSC细胞系分类的蛋白质标记

3. 靶向蛋白组学对鉴定到的潜在蛋白进行验证

靶向蛋白组学方法，如平行反应监测(parallel reaction monitoring, PRM)，已广泛应用于药物筛选和环境毒理学中，用于鉴定代谢物和疾病诊断的生物标志物。

为了进一步定量获得的候选蛋白的相对丰度，作者采用稳定同位素标记(SIL)肽进行PRM（Figure 3A）。结果显示高表达的炎症标志物如CXCL8和IL-6，在非再生hMSCs中分别比再生hMSCs高27倍和17倍。同时，作者采用人胰岛培养法验证了目的蛋白标记的有效性，并通过STZ处理小鼠高血糖的恢复证实其有效性。

图3 靶向蛋白组学对鉴定到的潜在蛋白进行验证

综上所述，研究者通过高通量蛋白质组学分析，发现供体来源的hMSC细胞系可分为β细胞再生系和非再生系，结合SVM技术筛选出特异性蛋白标记，验证了16种有效鉴定β细胞再生hMSCs的蛋白质。

作者的研究结合定量蛋白质组学和数据挖掘技术鉴定到样本特异性的蛋白质标志物，用来鉴定hMSC细胞系的β细胞再生能力及其临床应用，证明了蛋白质组学在再生医学与临床转化应用中的巨大价值。

参考文献

Kuljanin, M., et al, 2018. Quantitative proteomics evaluation of human multipotent stromal cell for β-cell regeneration. Cell Reports.

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