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題目：Proteomic cell surface phenotyping of differentiating acute myeloid leukemia cells
膜蛋白質(zhì)組學(xué)研究急性髓系白血病細胞表面表型
期刊：Blood
影響因子：15.132
主要技術(shù)：膜蛋白質(zhì)組學(xué)、SILAC
研究背景
流式細胞術(shù)或免疫組織化學(xué)的免疫表型是診斷、分類和監(jiān)測血液惡性腫瘤的臨床標(biāo)準(zhǔn)。基于抗體的細胞表面表型通常局限于獲得特定抗體的細胞表面蛋白，平行測量的數(shù)量也是有限的。由于對細胞表面蛋白標(biāo)記物的識別有限，阻礙了血液惡性腫瘤的早期臨床診斷和亞分類。
研究內(nèi)容及結(jié)果
1. 急性髓系白血病（AML）細胞分化后膜蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定
作者選擇全反式維jia suan（ATRA）刺激AML分化形成的HL60和NB4兩種細胞系，通過SILAC定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)結(jié)合細胞表面捕獲（CSC）技術(shù)鑒定和定量ATRA刺激后AML細胞膜蛋白質(zhì)組（圖1）。最終鑒定到超過500種膜蛋白，包括137種CD注釋的細胞膜蛋白（表1），幾乎一半的膜蛋白存在于兩種AML細胞系中（圖2）。在PANTHER數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)了兩種AML細胞系中鑒定的膜蛋白類似的功能蛋白（圖2C），如受體蛋白、細胞粘附蛋白、信號蛋白和轉(zhuǎn)運蛋白，質(zhì)譜鑒定多肽顯示高達90％以上的高特異性。
圖1 技術(shù)路線
表1在HL60和NB4細胞中鑒定的膜蛋白的數(shù)量
圖2 膜蛋白質(zhì)組學(xué)
血液系統(tǒng)惡性腫瘤的免疫表型分析傳統(tǒng)上依賴于充分表征的單克隆抗體，并且通常僅限于少數(shù)抗體。相比之下，基于MS的CSC技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包含137個CD蛋白，說明ATRA刺激AML細胞達到較高水平（圖3）。鑒定的CD蛋白包括造血細胞表面標(biāo)志物CD45以及泛髓樣標(biāo)志物如CD13和CD33。此外，還鑒定出眾所周知的粒細胞分化標(biāo)志物如CD11b、CD11c、CD35和CD66a。在至少1個AML細胞系中，超過75％的CD蛋白存在至少10個特異性譜圖。綜上，證明了細胞表面表型與CSC技術(shù)的穩(wěn)定性。
圖3 蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定CD蛋白
2. 基于質(zhì)譜的CSC技術(shù)與流式細胞術(shù)的膜蛋白定量比較
為了比較通過CSC技術(shù)基于MS的蛋白質(zhì)豐度定量與通過流式細胞術(shù)定量的準(zhǔn)確性，作者通過流式細胞術(shù)在ATRA刺激和未刺激的AML細胞中分析CD11b、CD54、CD55和CD71（圖4）。流式細胞術(shù)分析表明，ATRA刺激后兩種AML細胞系中CD11b、CD54和CD55蛋白豐度顯著增加，CD71蛋白豐度急劇降低（圖4B）。在基于MS的CSC分析中，作者通過應(yīng)用XPRESS軟件來定量蛋白質(zhì)豐度數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)和流式細胞術(shù)分析結(jié)果一致（圖4C）。
圖4 ATRA刺激后AML細胞中CD蛋白豐度變化的流式細胞術(shù)分析和基于MS的CSC分析
3. ATRA調(diào)控膜蛋白
為了鑒定ATRA誘導(dǎo)AML細胞分化后常見的調(diào)控蛋白，作者對滿足以下標(biāo)準(zhǔn)的165種膜蛋白進行層次聚類分析：①存在于AML兩種細胞系中；②在AML兩種細胞系中蛋白定量值相似（圖5）。根據(jù)分析結(jié)果，作者定義了3種功能性蛋白質(zhì)簇。其中，蛋白質(zhì)簇1（圖5B）中膜蛋白在兩種AML細胞系中蛋白質(zhì)豐度均降低。有報道證實轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（CD71，TFR1）豐度降低是ATRA誘導(dǎo)AML細胞增殖停止的特征之一，和上述結(jié)果一致，在作者的數(shù)據(jù)集中CD71的蛋白質(zhì)豐度同樣降低；蛋白質(zhì)簇2含有139個膜蛋白，膜蛋白豐度沒有變化；蛋白質(zhì)簇3中膜蛋白豐度增加，如眾所周知的粒細胞分化標(biāo)記，例如CD66a、CD300、CD11c、CD11b、CD35和CD55（圖5C）。
圖5 ATRA刺激后AML細胞膜蛋白豐度發(fā)生變化
文章小結(jié)
作者基于質(zhì)譜技術(shù)，對ATRA治療的急性髓系白血病模型系統(tǒng)進行膜蛋白鑒定，共鑒定到500多種膜蛋白，其中包括137種真正細胞表面暴露的CD蛋白。質(zhì)譜結(jié)合CSC技術(shù)實現(xiàn)了對白血病膜蛋白質(zhì)組的廣泛認識。從系統(tǒng)生物學(xué)的角度對細胞膜蛋白圖譜進行鑒定和定量分析，對于改善血液惡性腫瘤的亞分類和新藥靶點的識別具有重要的臨床意義。
解析文獻
Andreas Hofmann ,Bertran, Gerrits, et al. Proteomic cell surface phenotyping of differentiating acute myeloid leukemia cells[J]. Blood, 2016, 116(13): 26-34.
相關(guān)服務(wù)
膜蛋白是生物膜所含的蛋白，在生命活動中主要功能是信號識別和傳遞、物質(zhì)運輸、細胞粘附和酶促反應(yīng)。基因組序列中大約有30％的基因編碼的是膜蛋白質(zhì)，其中50％是目前已知藥物的靶點。
對膜蛋白質(zhì)進行分離，通過LC-MS/MS進行鑒定和定量，對生命體基礎(chǔ)生理過程闡釋有重要意義，是尋找疾病標(biāo)志物體、篩選藥物靶點以及毒理學(xué)的一種重要手段。
