文章编号:1005-0957(2014)09-0875-04 ·综 述· 针刺抗哮喘差异表达蛋白的生物信息学分析冉君1,尹磊淼2,王宇2,徐玉东2,刘艳艳2,杨永清1(1.上海中医药大学,上海 201203;2.上海市针灸经络研究所,上海 200030)【摘要】 目的 对针刺抗哮喘差异表达蛋白的生物学功能和分子网络进行分析,探讨生物信息学方法在针灸研究中的应用和思路。
方法 利用分类系统(PANTHER)、信号通路交互作用数据库(Pathway Interaction Database,PID)、分子网络作用软件(Ingenuity Pathway Analysis,IPA)分别对针刺抗哮喘差异表达蛋白进行分子生物功能注释、信号通路、蛋白相互作用和分子调控网络分析。
结果 多个针刺抗哮喘差异表达蛋白与免疫系统功能密切相关,涉及了RhoA信号通路、Toll样受体信号通路、嗜酸性粒细胞Ccr3信号通路、T细胞IL-2R beta活化通路等生物通路,通过调控下游细胞因子,影响CD4分子的功能,发挥免疫调节作用。
结论 通过对针刺抗哮喘差异表达蛋白的生物信息学分析获得了针刺抗哮喘作用免疫相关分子通路和调控靶点,为进一步研究针刺抗哮喘的免疫相关分子机制奠定基础。
【关键词】 针刺;哮喘;差异表达蛋白;生物信息学【中图分类号】 R2-03 【文献标志码】 ADOI:10.13460/j.issn.1005-0957.2014.09.0875Bioinformatic Analysis of Differentially Expressed Proteins in Anti-asthma Acupuncture RAN Jun1, YIN Lei-miao2, WANG Yu2, XU Yu-dong2, LIU Yan-yan2, YANG Yong-qing1. 1.Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 201203,China; 2. Shanghai Research Institute of Acupuncture and Meridian,Shanghai 200030,China[Abstract] Objective To analyze the biological functions and molecular networks of differentially expressed proteins in anti-asthma acupuncture and explore the application of bioinformatic methods to and ideas for acupuncture research. Methods PANTHER classification system, Pathway Interaction Database (PID) and Ingenuity Pathway Analysis (IPA) software were used for molecular biological function annotation of differentially expressed proteins in anti-asthma acupuncture and analyses of signaling pathways, protein-protein interactions and molecular regulatory networks. Results Several differentially expressed proteins in anti-asthma acupuncture were closely related to immune system function and involved in biological pathways including RhoA signaling pathway, Toll-like receptor signaling pathway, eosinophils Ccr3 signaling pathway and T cell IL-2R beta activation pathway. They produced an immunoregulatory effect by modulating downstream cytokines and influencing CD4 molecule function). Conclusion Immune-related molecular pathways and regulation targets involved in the anti-asthma effect of acupuncture are obtained by bioinformatic analysis of differentially expressed proteins in anti-asthma acupuncture, which provides a basis for further research on the immune-related molecular mechanisms of acupuncture treatment for asthma.[Key words] Acupuncture; Asthma; Differentially expressed protein; Bioinformatics支气管哮喘是世界范围内严重影响人类身心健康的呼吸道慢性变态反应性疾病,全球约有3亿人罹患哮喘,我国大约有3 000万哮喘患者,其发病率和死亡率在世界范围内呈逐年增高趋势[1-2]。
针灸在防治哮喘的过程中发挥了积极作用[3-5],我们采用河南中医学院邵经明教授60余年经验总结的“三穴五针”方法治疗哮喘[6],取得了良好的临床疗效。
临床和动物实验研究均证实针刺治疗具有免疫调节作用。
本课题组前期开展了针刺抗哮喘差异蛋白质组学研究,鉴定了针刺抗哮喘血清和肺组织中的差异表达蛋白[7-8]。
本次研究采用生物信息学分析方法,利用PANTHER、PID、IPA 等在线分析工具对这些针刺抗哮喘差异表达蛋白进行生物功能和分子网络作用分析,为进一步研究针刺抗哮喘分子机制和调节靶点提供科学依据。
1 资料与方法1.1 针刺抗哮喘差异表达蛋白针刺抗哮喘差异表达蛋白来自课题组前期通过蛋白质组学技术鉴定的针刺治疗哮喘特异性差异表达蛋白[7-8],见表1。
1.2 生物信息学分析方法1.2.1 GO(基因本体)分子生物功能注释在线分类系统PANTHER(http://www.pantherdb. org/)采用基因本体分类方法,可以从分子功能、生物学过程、生物通路3方面对蛋白质、基因及转录物进行分类。
该研究主要是通过PANTHER分析针刺抗哮喘差异表达蛋白所涉及的生物学过程。
表1 针刺抗哮喘差异表达蛋白蛋白名称 基因名称 通用蛋白质资源数据库ID 膜联蛋白A5 Anxa5 P14668肌动蛋白αActa1 P60711钠钾ATP酶蛋白a1 Atp1a1 P06685ATP合酶α1亚型 Atp5α1 P15999白蛋白 Alb P02770AICAR甲酰基转移酶 Atic O35567碳酸酐酶2 Ca2 P27139肌动蛋白结合蛋白1 Cfl1 P14659Clara细胞10-kD蛋白 CC10 P17559肌酸磷酸激酶 Ckb P07335亲环蛋白A CypA P10111神经元、肌肉特异性烯醇化酶2 Eno2 P07323甘油醛-3-磷酸脱氢酶 Gapdh P04797热休克蛋白2 Hspa2 P14659肌侵蛋白 Mtpn P62775蛋白二硫化物异构酶A6 Pdia6 Q63081过氧化还原酶6 Prdx6 O35244人丝氨酸蛋白酶1 Prss1 P0076226S蛋白酶调节亚型 Psmc6 Q32PW9磷酸激酶1 Pgk1 P16617RAS抑制蛋白1 Rsu1 D3ZCX0晚期糖基化终末产物 RAGE Q63495Rho、GDP解离抑制因子 RhoGDI Q5M860S100钙结合蛋白A8 S100A8 P50115S100钙结合蛋白A9 S100A9 P50116S100钙结合蛋白A11 S100A11 Q6B345乙酰神经氨酰酸合酶 Nans B1WC261.2.2 信号通路分析通路相互作用数据库PID(Pathway Interaction Database,/),是由美国国立癌症研究所(NCI)和自然出版集团(NPG)共同创立,截止到2012年9月提供了16 823条细胞信号转导、调节活动及主要细胞生命的蛋白质路径信息[9]。
本次研究通过该数据库查询针刺抗哮喘差异表达蛋白所涉及的信号通路。
1.2.3 蛋白相互作用分析IPA(Ingenuity Pathway Analysis,http://www. /)是一款一体化的基于网络的软件应用程序,可实现基因表达、miRNA和SNP微阵列及代谢组学、蛋白质组学和RNAseq实验数据的分析、整合和理解。
该软件已被世界顶尖的制药公司和科研机构广泛使用,至今引用该软件发表的高水平科研文献已超过 3 000篇[10]。
本研究主要选择该软件核心分析功能(Core analysis),构建了蛋白相互作用可视化网络。
1.2.4 分子调控网络分析IPA软件整合了基因组、转录组、蛋白质组、代谢组,以及生物大分子之间及与药物小分子的相互作用网络,通过IPA路径挖掘(Path Explorer)功能可以对目的分子进行特定靶点、分子上下游调控、候选生物标记物、药物毒性分析等。
本次研究主要对针刺抗哮喘差异表达蛋白进行分子上下游调控分析。
2 结果2.1 针刺抗哮喘差异表达蛋白GO生物功能通过PANTHER在线分析工具对针刺抗哮喘差异表达蛋白进行生物学过程功能注释。
结果显示见图1。
这些差异表达蛋白主要涉及了代谢过程、细胞过程、细胞定位、免疫系统过程、细胞组成和生源、生物进展过程、生物调节、生物粘附、应激反应9类生物学功能。
其中免疫系统功能分类中包括了CypA、S100A8、S100A9、S100A11、RAGE等针刺抗哮喘差异表达蛋白,说明针刺抗哮喘效应与这几个蛋白的免疫调节作用相关。
图1 基于PANTHER分类系统的针刺抗哮喘差异表达蛋白生物功能分类2.2 针刺抗哮喘差异蛋白信号通路通过PID数据库对针刺抗哮喘差异表达蛋白分布的信号转导通路进行分析。