岁月神偷还是驻颜有术？DIA蛋白组揭秘衰老细胞相关分泌蛋白特征

衰老不仅是研究的热点，也是永恒的话题。衰老相关的分泌表型 (SASP，由多种细胞因子、趋化因子、生长因子和蛋白酶组成，可引发附近细胞炎症、伤口愈合及生长反应)已成为年龄相关疾病的驱动因素和潜在的治疗靶标。因此准确定量衰老细胞分泌组中的SASP因子具有重要意义。

来自巴克衰老研究所的Nathan Basisty研究团队在PLOS BIOLOGY (IF=7.076)杂志发表"A proteomic atlas of senescence-associated secretomes for aging biomarker development"的研究成果。该研究使用全扫描DIA蛋白组学技术方法构建了一个衰老数据库—"SASP Atlas"(www.SASPAtlas.com)。该数据库包括多种衰老诱导物刺激的细胞分泌蛋白质中的 sSASP因子和细胞外囊泡中的的SASP因子 (eSASP) 等蛋白质，该数据库的建立有助于挖掘衰老及衰老细胞驱动疾病的生物标志物。

通过不同的衰老诱导剂进行处理，采用DIA蛋白质组学对处理组 (衰老诱导组)和对照组细胞中的可溶性分泌蛋白和细胞外囊泡进行分析。与对照组相比，大部分在衰老细胞SASP中显著变化的蛋白上调，小部分下调。

图1 DIA蛋白组分析流程及核心sSASP蛋白鉴定结果

比较不同衰老诱导剂对人原代成纤维细胞sSASP组成的影响，发现大部分sSASP蛋白组分在不同诱导剂作用下表现出高度差异化。但是不同诱导剂共同影响的信号通路，主要涉及到细胞外基质组织、肌动蛋白细胞骨架、蛋白相互作用和肽酶调节等功能。通过对共同变化的核心sSASP蛋白聚类分析，一共可分为3个功能模块。将IR和RAS诱导物独有sSASP蛋白与已有转录结果比较分析发现：在1749个RAS特异性转录本中鉴定到26种RAS特异性衰老成纤维细胞分泌蛋白。

图2 诱导剂特异性RNA及sSASP蛋白特征

在不同的诱导物作用下上皮细胞sSASP蛋白变化幅度均低于成纤维细胞。上皮细胞中主要变化的sSASP因子为IGFBP 4/7、TIMP 1/2、CXCL1及大多数丝氨酸蛋白酶抑制剂 (SERPIN)，这些sSASP蛋白主要参与蛋白质更新和分泌、代谢和细胞排毒等功能。大多数衰老上皮细胞显著降低的sSASP蛋白主要富集于组织和细胞结构、黏附和运动途径，而上述途径在成纤维细胞中表达趋势相反。

图3 上皮细胞和成纤维细胞sSASP蛋白比较分析

IR和RAS两种衰老诱导剂处理的成纤维细胞分泌的细胞外囊泡在蛋白组成存在较大差异，仅存在9种共同蛋白，且细胞外囊泡蛋白与对应细胞分泌蛋白变化也存在显著差异。IR诱导的分泌蛋白sSASP因子中有548种显著上调，而细胞外囊泡eSASP因子中仅有51种 (9.3%) 蛋白显著上调。在eSASP中独特富集的信号通路包括RAS信号途径、G蛋白信号和前列腺素的合成与调控。

图4 细胞衰老改变细胞外囊泡蛋白组成

作为许多衰老和疾病表型的驱动因素，sSASP可能包括已知的生物标志物。本研究中新鉴定的核心SASP组分与近期衰老相关疾病鉴定到的蛋白有一定的重叠性。除MMP1、STC1和GDF15 (与衰老关联性最强)外，蛋白酶抑制剂SERPINs (衰老相关的血浆标志物) 也在不同激动剂处理的衰老细胞sSASP中均显著变化。

图5 衰老及相关疾病sSASP生物标志物

该研究采用热点研究方向与热点组学质谱技术DIA蛋白质组学结合的方式，挖掘与衰老相关的特征蛋白，思路简单且新颖，值得大家借鉴。DIA（Data-Independent Acquisition，数据非依赖性采集）技术可无偏向性采集质谱扫描范围内的所有信号，实现真正的信息全息扫描。该无偏见的蛋白质组学方法大大提高了低丰度蛋白的鉴定可能性，非常有利于外泌体，血浆等特殊类样本蛋白鉴定深度的提高。中科新生命提供从外囊泡提取至DIA蛋白组学分析一站式服务，同时提供基于机器学习算法的标志物筛选分析，欢迎感兴趣的老师电话咨询。

※ 前中科院上海生科院蛋白质研究分析中心，超过15年蛋白质组分析与服务积累，提供各类样本分析方案与实验设计方案。

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