微生物组学数据分析（如何利用组学工具快速切入临床科学问题形成科研思路）

蛋白质组作为重要的科研技术，广泛应用于科研中，在每年数万篇论文中发挥重要作用。如何利用组学工具快速切入临床科学问题形成科研思路，为我们的研究提速？可参考以下三种研究思路：

• 蛋白质组学检测
• 分析差异蛋白，对差异蛋白进行GO和KEGG分析
• 筛选差异蛋白进行表达量验证

• 蛋白质组学和代谢组学检测
• 分析差异蛋白，对差异蛋白进行GO和KEGG分析；分析差异代谢物，对其进行KEGG分析
• 蛋白质组 代谢组数据整合
• 对关键通路中的蛋白进行验证

• 蛋白质组学检测
• 分析差异蛋白，对差异蛋白进行GO和KEGG分析
• 筛选差异蛋白进行表达量验证
• 对验证过的差异蛋白进行表达量干扰
• 细胞学实验
• 动物学实验

经典研究案例

案例一

iTRAQ-based quantitative Proteomics analysis of immune thrombocytopenia patients before and after Qishunbaolier treatment.（客户案例）

影响因子：IF=2.2

科学问题：确定齐顺保利尔（QSBLE）治疗免疫血小板减少症（ITP）的潜在治疗靶点。

研究内容

1. 蛋白质组学：利用蛋白质组学对ITP病患者（对照3重复，治疗有效、无效病人治疗前后各3重复），治疗在QSBLE治疗前后的蛋白质表达差异进行分析。与对照组相比，共鉴定出982种差异表达蛋白。与治疗前相比，治疗后61种蛋白表达差异，其中48种蛋白显著上调，13种蛋白下调。29条差异途径显著富集。

2. 差异蛋白验证：Q6N030和其他蛋白质是蛋白质通路网络中的关键成员，并挑选了20种与免疫相关的蛋白质，采用RT-PCR和WB进行验证，研究证实经QSBLE处理后，ITPs中MIF、PGK1和IGHM上调。

案例二

Hippocampal proteomic analysis reveals activation of necroptosis and ferroptosis in a mouse model of chronic unpredictable mild stress-induced depression.

影响因子：IF=2.977

科学问题：在抑郁症中已经发现了神经元丢失，但其机制尚未完全了解。利用蛋白质组分析探索这种病理变化的潜在机制。

研究内容

1. 模型评估：慢性不可预测的轻度应激(CUMS)处理小鼠2个月。对其抑郁样和焦虑样症状的行为评估以及认知症状的行为评估，表明抑郁症模型建立成功。

2. 蛋白质组分析：对抑郁症和健康组照模型小鼠的海马区组织进行蛋白质组分析，海马体中的4625个蛋白质被鉴定，4046个蛋白质被定量。与对照组相比，CUMS组在1.5倍变化(> 1.50或< 0.67)和p值< 0.05的基础上获得47个差异表达的蛋白质。在这些显著改变的蛋白质中，27个蛋白质被上调，20个被下调。对显著失调的蛋白质进行对其进行GO、KEGG、亚细胞定位分析。其中最显著富集的KEGG途径是矿物质吸收、坏死性下垂、基底切除修复、系统性红斑狼疮和铁下垂。

3. 差异蛋白验证：免疫荧光证实，与对照组相比，海马CA1和DG亚区的神经元损失显著。对RIP3、MLKL和p-MLKL及与铁稳态失调和脂质过氧化相关指标，包括Ftl1、MDA、GSH和GPX4等进行WB验证，结果表明铁死亡和坏死与慢性应激诱导的抑郁有关。

案例一

Small intestine proteomics coupled with serum metabolomics reveal disruption of amino acid metabolism in Chinese hamsters with type 2 diabetes mellitus.

影响因子：IF=3.509

科学问题：2型糖尿病（T2DM）是一种以高血糖症为特征的代谢紊乱，伴有代谢紊乱，胰岛素抵抗（IR），其机理研究通常是基于啮齿动物模型。中国仓鼠有自发性T2DM非肥胖动物模型的特征，用于研究糖尿病发病机理和分子机制的潜在价值。

研究内容

1. 模型评估：中国仓鼠是T2DM的自发模型，从三个月大的血糖变化开始，在12个月大时开始患上糖尿病。比较糖尿病仓鼠和非糖尿病的对照组，结果显示糖尿病仓鼠空腹血糖（FBG）水平高于对照组，OGTT结果显示，在30min时，糖尿病仓鼠糖耐量明显受损。

2. 蛋白质组分析：对糖尿病仓鼠小肠组织样本进行蛋白质组学分析，对213个差异蛋白进行亚细胞定位、COG和GO分析。差异蛋白质中的大多数在翻译后修饰、蛋白质周转、伴侣和氨基酸转运以及代谢中起作用。

3. 代谢组学分析：同时对糖尿病仓鼠的血清进行代谢组学分析，并对差异代谢物进行KEGG分析，谷胱甘肽代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成以及精氨酸和脯氨酸代谢通路发生显著异常。

4. 组学联合分析：KEGG关联分析揭示甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢途径表现为甘氨酸、高丝氨酸、色氨酸、前列腺素AM1、磷酸葡萄糖脱氢酶、磷酸丝氨酸转氨酶、CTH发生上调，综合分析结果进一步表明，糖尿病仓鼠的氨基酸代谢途径是异常的。

5. 差异蛋白验证：对氨基酸代谢途径中的PGAM1, PHGDH, GATM, CTH与CBS的蛋白表达含量明显上调，这与蛋白质组学结果一致。

案例二

Integration of proteomics and metabolomics reveals promotion of proliferation by exposure of bisphenol S in human breast epithelial MCF-10A cells.

影响因子：IF=6.551

科学问题：双酚S (BPS)与双酚A (BPA)具有相似的雌激素效应。考虑到BPS的内分泌干扰效应，本研究采用基于质谱的代谢组学和定量蛋白质组学方法，研究了BPS对正常人乳腺上皮细胞株MCF-10A的影响。

研究内容

1. 表型实验：暴露于BPS达24小时后，MCF-10A细胞的增殖以一种刺激的方式发生改变，在剂量为1μM时增殖率最高。

2.蛋白质组分析：总共有200种蛋白质被鉴定为在暴露于BPS 1微米后发生了显著变化。表皮生长因子受体(EGFR)和Ras/mTOR相关蛋白的上调表明EGFR介导的途径参与了BPS诱导的MCF-10A细胞增殖。此外，发现几个增殖相关蛋白标记物升高，如MKI67和CDH1，进一步表明低剂量BPS暴露促进增殖。

3.代谢组分析：35种内源性代谢物也发生了显著变化。对改变的代谢物和蛋白质的联合途径分析表明了三羧酸(TCA)循环、嘌呤代谢、丙酮酸代谢和脂质代谢途径的改变，这些途径涉及维持细胞增殖和细胞信号转导。

案例一

Proteomics identifies EGF-like domain multiple 7 as a potential therapeutic target for epidermal growth factor receptor-positive glioma.（客户案例）

影响因子：IF=5.6

科学问题：利用蛋白质组学方法探讨表皮生长因子-EGFR-血管生成轴在胶质瘤发生中的作用，并探讨司美替尼对胶质瘤的治疗效果。

研究内容

1.蛋白质组分析：对10例EGFR阳性和10例EGFR阴性胶质瘤病例的肿瘤组织样本进行蛋白质组分析。蛋白质组学发现EGFL7在EGFR阳性的胶质瘤组织高表达，利用公共数据库的全基因组测序数据，对EGFL7表达量进行验证，并与预后关联。

2.细胞水平上：特异性敲除了U87-MG和U251-MG细胞中的EGFL7。免疫荧光结果显示沉默EGFL7的细胞系中EGFL7蛋白信号较弱。CCK-8检测显示U87-EGFL7kd和U251-EGFL7kd显著抑制细胞增殖

3.动物水平上：裸鼠分别注射U87-MG细胞、U87-EGFL7kd细胞、U87-MG细胞 司美替尼治疗。EGFL7敲除组与司美替尼治疗组的颅内信号强度在肿瘤细胞注射后第14天显示出肿瘤体积的差异。小鼠生存分析和免疫组化染色表明，司美替尼有效抑制U87胶质瘤的生长小鼠颅内肿瘤标本中ERK和PKM2表达均与EGFL7表达呈正相关。

案例二

KIF5A-dependent axonal transport deficiency disrupts autophagic flux in trimethyltin chloride-induced neurotoxicity.（客户案例）

影响因子：IF=9.77

科学问题：三甲基氯化锡（TMT）在工业和农业领域中广泛用作杀菌剂和塑料稳定剂的组成成分，普遍被认为具有有效的神经毒性，尤其是在海马神经元细胞中。然而，TMT诱导神经毒性的机制仍然不清楚。

研究内容

1. 表型实验：通过CCK-8分析确定TMT在Neuro-2a细胞中的神经毒性。用2μM、4μM和8μM TMT处理细胞24小时分别导致细胞活力降低约15％，31％和44％。

2. 蛋白质组分析：确定了8μM TMT处理组和对照组的蛋白质表达谱。与对照组相比，TMT组中共有340种差异蛋白，其中204种蛋白上调，136种蛋白下调,进一步研究表明TMT破坏了自噬体的清除，导致它们在细胞质中的积累。IPA显示出对KIF5A信号通路的抑制与自噬相关蛋白显著相关，并且KIF5A通过与GABARAP、GABARAPL1和GABARAPL2的相互作用而成为自噬通量的重要调节剂，因此假设KIF5A可能是参与自噬通量调节的关键因素。

3.细胞水平上：KIF5A过表达明显恢复了8μM TMT处理的Neuro-2a细胞的细胞活力。PRM靶向蛋白分析技术显示Kif5a过表达可恢复tmt处理的neuro2a细胞中自噬相关蛋白的水平。KIF5A过表达可有效挽救TMT诱导的轴突运输缺陷。

4. 动物水平上：腺相关病毒(AAV)-KIF5A，并通过尾静脉注射给小鼠。过表达KIF5A的小鼠明显减轻了癫痫发作症状和海马损伤。同时，KIF5A过表达也减少了LC3B-II的积累并增加了海马中的CTSB活性。

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