多肽組是指生物體組織或者體液中的全部內源性多肽。多肽組學是以機體內源性多肽和低分子量蛋白質為研究對象，研究多肽組的結構、功能、變化規律及其相關關系。多肽和蛋白質沒有明顯的界限，通常認為分子量小于10kDa的蛋白質稱為多肽。

技術介紹

多肽組學研究可以提供大量關于疾病狀態、藥物功效或毒性的信息。傳統大分子蛋白質標志物可能會因為各種酶解反應導致其無法被常規方法檢測到，而酶解產生的相應多肽分子則可以作為很好的標志物。因為它們功能多樣，內源肽在作為藥物本身、藥物靶標或生物標志物方面有巨大潛力。

技術優勢

無偏向性：無需依賴抗體，可實現高通量；

高效性：樣本提取破壞力小，保證提取多肽的天然性； 高靈敏性：基于高分辨率質譜，靈敏度和重復性好； 準確性：能同時進行多肽的序列鑒定以及定量分析；

多樣性：既可以鑒定已知肽段，也可以檢測未知肽段，尋找新的活性肽。

應用方向

新型疾病biomarker及機制研究；藥物研究及疫苗研發；藥用肽段的鑒定；化妝品的鑒定；保健品的鑒定；細胞代謝產物鑒定等。

實驗流程

多肽組蛋白組學案例解析

新生兒缺氧缺血性腦損傷的腦脊液多肽組分析

Peptidome analysis of cerebrospinal fuid in neonates with hypoxic-ischemic brain

研究對象：新生兒缺氧缺血性腦損傷的腦脊液      期刊：Molecular Brain

影響因子：4.686                                                發表單位：南京醫科大學附屬兒童醫院

研究背景

缺氧缺血性腦損傷(HIBD)會導致新生兒死亡和嚴重的神經功能障礙。目前臨床采用的防治措施療效并不理想。因此，在這項研究中，作者鑒定了新生兒HIBD及對照組腦脊液(CSF)中差異表達的多肽，可能為新生兒HIBD的診斷和治療提供依據，為開發新生兒HIBD的新藥奠定基礎。

樣本策略：患有HIBD新生兒（n = 4）及對照組（n = 4）的新生兒中收集CSF樣品

技術策略：ITRAQ標記多肽組學

驗證策略：western blot 、細胞實驗、熒光定量PCR

結果速遞

結果一共從25種前體蛋白中鑒定出35種差異表達的肽。與對照組比較，HIBD組有1個肽上調，有34個肽下調。接下來作者通過搜索差異表達的肽中切割位點以研究HIBD中CSF可能的功能變化。肽的切割位點是有規律的，可以研究它們的規則來分析蛋白水解酶的功能（如圖1）。精氨酸（R）和賴氨酸(K)是前肽的N端氨基酸和已鑒定肽C端氨基酸最常見的切割位點。甘氨酸（G）是前肽的C末端氨基酸最常見的切割位點。賴氨酸（K）和異亮氨酸（I）是已鑒定肽N端氨基酸最常見的切割位點。

圖1：差異表達肽中的切割位點

為了初步探討這些差異表達肽在新生兒HIBD中的潛在功能， 根據前體蛋白進行了GO和KEGG分析。肽前體的細胞成分主要如下：核染色體，核染色體部分，染色質等。最相關的生物學過程包括染色質重塑，染色質修飾，ATP依賴性染色質重塑等。肽前體的分子功能主要包括染色質結合， 染色質DNA結合， 結構特異性DNA結合和DNA結合。通路分析表明， 這些肽前體最相關的途徑是肥厚性梗阻型心肌病(HCM)， 白細胞跨內皮遷移， 胃酸分泌， 致心律失常性右室心肌病（ARVC）等。

圖2：肽前體的GO和KEGG分析

為了找到在HIBD中起關鍵作用的重要肽， 使用STRING數據庫和UniProt數據庫研究了差異表達的肽及其前體蛋白的功能。前體蛋白的蛋白質-蛋白相互作用（PPI）網絡如圖3所示。作者研究了 這 些 前 體 蛋 白 的 相 互 作 用 ， 發 現 熱 休 克 蛋 白 90- alpha（HSP90α/ HSP90AA1）位于網絡中心， 并與其他蛋白質存在著復雜關系。2671.5 Da肽（HSQFIGYPITLFVEKER）是新生兒HIBD中被下調的肽之一， 是熱休克蛋白90-alpha（HSP90α/HSP90AA1）的片段。 將其命名為缺氧缺血性腦損傷相關肽（HIBDAP）。通過細胞實驗驗證，作者推測HIBDAP可能通過細胞熱凋亡機制抵抗新生HIBD的保護因子。

圖3：肽前體的蛋白質-蛋白質相互作用網絡

本篇研究通過使用LC–MS / MS鑒定了新生兒HIBD與新生兒對照組CSF樣本之間的差異表達肽，共發現了35種差異表達肽，首個證明新生兒HIBD和對照的CSF中差異表達的肽。同時研究發現幾種有意義的肽，例如HIBDAP，可能在新生兒HIBD中起重要作用。這些肽的分子機制和生物學功能可能為新生兒HIBD提供新的發病機制和治療靶標。

參考文獻

Hou Xuewen,Yuan Zijun,Wang Xuan et al.PEptidome analysis of cerebrospinal fluid in neonates with hypoxic-ischemic brain damage.[J].Mol Brain,2020,13:133.