李 禮,樊小農(nóng),付靜靜,沈 燕,王 舒△
(1.天津中醫(yī)藥大學(xué)研究生院,天津 300193;2.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院針灸研究所,天津 300193; 3.青島市海慈醫(yī)療集團(tuán),山東青島 266000)
差異蛋白質(zhì)組學(xué)在中醫(yī)藥領(lǐng)域研究路線及應(yīng)用現(xiàn)狀?
李 禮1,樊小農(nóng)2,付靜靜3,沈 燕2,王 舒2△
(1.天津中醫(yī)藥大學(xué)研究生院,天津 300193;2.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院針灸研究所,天津 300193; 3.青島市海慈醫(yī)療集團(tuán),山東青島 266000)
差異蛋白質(zhì)組學(xué)從整體角度分析在不同狀態(tài)下體內(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá)的動(dòng)態(tài)演變過程,其研究方法與傳統(tǒng)中醫(yī)強(qiáng)調(diào)整體觀的思想相符合。故創(chuàng)新性地剖析差異蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用于中醫(yī)證候?qū)W、中藥學(xué)和針灸學(xué)領(lǐng)域的研究路線,如證候?qū)嵸|(zhì)研究、同病異證、異病同證、同類證等證候?qū)W研究,藥材炮制及道地性、中藥作用機(jī)制靶點(diǎn)及方證相關(guān)等中藥學(xué)相關(guān)研究,以及經(jīng)穴特異性、針刺量效關(guān)系、臟腑相關(guān)及針灸療效作用機(jī)制等針灸學(xué)領(lǐng)域研究。同時(shí),歸納分析差異蛋白質(zhì)組學(xué)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及局限性。
差異蛋白質(zhì)組學(xué);研究路線;中醫(yī)證候?qū)W;中藥學(xué);針灸學(xué)
差異蛋白質(zhì)組學(xué)是一種通過與正常生理狀態(tài)下蛋白質(zhì)的表達(dá)進(jìn)行比較分析,明確疾病病理變化過程或治療干預(yù)作用機(jī)制的方法[1],可避免短期內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)獲得有關(guān)生命活動(dòng)的“全景式信息”的弊端[2]。差異蛋白質(zhì)組學(xué)從整體角度分析在不同狀態(tài)下體內(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá)的動(dòng)態(tài)演變過程,其研究方法與傳統(tǒng)中醫(yī)強(qiáng)調(diào)人與社會(huì)環(huán)境的整體觀、辨證施治等思想相符合[3]。將差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法應(yīng)用于中醫(yī)藥領(lǐng)域,為傳統(tǒng)中醫(yī)的研究打開一扇新的大門。
差異蛋白質(zhì)組學(xué)的核心在于篩選、鑒定并驗(yàn)證差異表達(dá)蛋白質(zhì),隨后從生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)角度分析差異表達(dá)蛋白。雙向電泳(2-DE)、質(zhì)譜技術(shù)(MS)、蛋白質(zhì)芯片是蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ),蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫、生物信息學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)為蛋白質(zhì)組學(xué)研究結(jié)果的解譯提供信息支撐。差異蛋白質(zhì)組學(xué)在中醫(yī)藥學(xué)科可廣泛應(yīng)用于中醫(yī)證候、中藥及針灸等領(lǐng)域。
中醫(yī)證候是疾病過程中某一階段或某一類型的病理概括,一般由1組相對(duì)固定、有內(nèi)在聯(lián)系且能揭示疾病某一階段或某一類型病變本質(zhì)的癥狀和體征構(gòu)成,可以反映病變的機(jī)理和發(fā)展趨勢(shì)。其功能的實(shí)現(xiàn)以物質(zhì)為基礎(chǔ),微觀水平的蛋白質(zhì)表達(dá)及翻譯后修飾是機(jī)體整體功能狀態(tài)的物質(zhì)基礎(chǔ)。
1.1 研究路線
圖1顯示,通過某一證型對(duì)比健康群體、相同疾病不同證型、不同疾病相同證型、不同疾病相類似證型或同一患者不同證候階段的差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析,鑒定出差異蛋白點(diǎn),結(jié)合生物信息學(xué)分析,探索證候的分子生物學(xué)實(shí)質(zhì),促進(jìn)證候?qū)W研究的現(xiàn)代化進(jìn)程,為中醫(yī)辨證提供定量化、客觀化的蛋白質(zhì)組學(xué)依據(jù),或以證型間相對(duì)固定的差異蛋白為基礎(chǔ),建立此類差異蛋白為生物標(biāo)記物的證候模型,進(jìn)一步指 導(dǎo)治法方藥作用機(jī)理的研究。
圖1 中醫(yī)證候?qū)W的差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究路線
1.2 對(duì)比健康群體證候?qū)嵸|(zhì)研究
研究者嘗試通過氣虛血瘀模型[4]、脾陰虛模型[5]對(duì)比假手術(shù)組和正常組大鼠探索相應(yīng)的證候?qū)嵸|(zhì)。根據(jù)研究結(jié)果推測(cè)氣虛血瘀證實(shí)質(zhì)可能與能量代謝障礙(蘋果酸脫氫酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶)、氧化損傷(谷胱甘肽過氧化物酶、NADH脫氫酶的鐵硫蛋白8)和缺血心肌保護(hù)的應(yīng)激反應(yīng)(αB-晶狀體蛋白)有關(guān),但其生物信息學(xué)分析尚不完善,也未進(jìn)行后期驗(yàn)證。而脾陰虛的研究中僅提取出模型大鼠與正常大鼠海馬組織的差異蛋白點(diǎn),尚未進(jìn)行差異蛋白鑒定及驗(yàn)證相關(guān)工作。此外,劉希成等[6]對(duì)比老年腎陽虛人群和老年健康人群血清樣本,發(fā)現(xiàn)并鑒定驗(yàn)證8類49種差異表達(dá)蛋白(如免疫應(yīng)答相關(guān)GA結(jié)合蛋白α鏈、鈣調(diào)蛋白功能相關(guān)降鈣素前體蛋白)。但此研究并未提供2組血清提供者的相關(guān)信息,無法確定此類差異蛋白是否為腎陽虛的特異性蛋白。
1.3 同病異證
此類研究在冠心病[7](心氣虛和痰濁內(nèi)阻證)、慢性腎衰竭[8](濕證和非濕證)等病種中已有相關(guān)報(bào)道。研究結(jié)果提示,心氣虛和痰濁內(nèi)阻證冠心病患者(各9例)的血清蛋白表達(dá)水平在血液連鎖反應(yīng)系(補(bǔ)體成分C3、抗凝血酶III等)及血脂代謝(載脂蛋白H、載脂蛋白E等)等體內(nèi)代謝通路方面均表現(xiàn)出差異,而慢性腎衰竭可由4個(gè)尿液差異蛋白峰(m/z分別為 8654.96、2081.65、18667.3、2242.14)組成的生物標(biāo)記物,將中醫(yī)濕證組和非濕證組樣本較好地分類,但未能通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)蛋白鑒定。
1.4 異病同證、同類證
值得推崇的是,熊新貴等[9]嘗試通過4種不同疾病的不同證型,腦出血(肝陽化風(fēng)證和陰虛風(fēng)動(dòng)證)、腦梗死(肝陽化風(fēng)證和陰虛風(fēng)動(dòng)證)、頸椎病(肝陽化風(fēng)證和肝陽上亢證)和帕金森病(肝陽化風(fēng)證和血虛生風(fēng)證)探索同病異證、異病同證、同類證(肝陽化風(fēng)、血虛生風(fēng)、陰虛風(fēng)動(dòng))的實(shí)質(zhì),發(fā)現(xiàn)同病異證之間的相同蛋白少、差異蛋白多,不同疾病的肝陽化風(fēng)證有13種共同表達(dá)蛋白(核糖核酸核蛋白K、硫氧還蛋白過氧化物還原酶、凝血酶1、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶等),不同疾病的相類似證候(肝陽化風(fēng)證、陰虛風(fēng)動(dòng)證、血虛生風(fēng)證)也存在相同的蛋白表達(dá)(硫氧還蛋白依賴性過氧化物酶TPx)。根據(jù)研究結(jié)果推測(cè),相同疾病不同發(fā)展階段的不同證候具有相對(duì)特異的物質(zhì)基礎(chǔ)(差異表達(dá)的蛋白),不同疾病的相同證候或相類似證候源自于共同的物質(zhì)基礎(chǔ)。
目前尚無研究者從同一患者不同證候階段的差異蛋白質(zhì)組學(xué)角度進(jìn)行證候?qū)嵸|(zhì)性研究。
中藥是我國傳統(tǒng)醫(yī)藥中最偉大的寶庫之一,但中藥本身的復(fù)雜性、來源的多樣性及多以復(fù)方為主的臨床應(yīng)用模式都為中藥現(xiàn)代化研究提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),對(duì)這種多靶點(diǎn)、多環(huán)節(jié)、多層次的中藥現(xiàn)代化研究,應(yīng)通過多角度、多技術(shù)、多學(xué)科交叉的方式進(jìn)行。
2.1 研究路線
圖2顯示,結(jié)合藥物療效差異分析,中藥的差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析可從2個(gè)方向進(jìn)行,即從藥物本身物質(zhì)基礎(chǔ)方面進(jìn)行中藥炮制及道地性等研究,為中藥鑒定、質(zhì)量控制提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ);以藥物不同部位為切入點(diǎn)進(jìn)行差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析,有可能提高藥物原材料利用率;或是比較中藥干預(yù)前后、不同藥物干預(yù)、不同組方藥物、不同劑量藥物干預(yù)后受試體的效應(yīng)相關(guān)樣本的差異表達(dá)蛋白,再進(jìn)行藥效與差異表達(dá)蛋白的關(guān)聯(lián)性分析,探索有效成分、靶點(diǎn)蛋白等作用機(jī)制,并有可能建立量效關(guān)系和優(yōu)化中藥處方。此外,將證候與中藥結(jié)合進(jìn)行差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析,也可為方-證相關(guān)提供分析生物學(xué)水平的理論支撐。
2.2 藥材炮制及道地性研究
李冰寧等[10]發(fā)現(xiàn),炮制會(huì)影響水蛭蛋白質(zhì)含量及存在形式,影響其抗凝作用,推薦鮮品入藥。盡管此研究所選藥物品種并不具有代表性,且缺乏完善的研究路線,但卻為中藥炮制學(xué)今后的研究方法提供了方向性依據(jù)。包華音等[11]分析不同產(chǎn)地壁虎及其肢體不同部位的水溶性蛋白質(zhì),發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地壁虎同一部位、同一產(chǎn)地不同部位壁虎的蛋白質(zhì)含量都存在差異,但未深入分析其差異蛋白質(zhì)種類及其與藥性的關(guān)系。
目前尚無研究者利用差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析進(jìn)行中藥道地性研究,且尚未形成以藥物蛋白質(zhì)組學(xué)為基礎(chǔ)的藥材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
圖2 中藥學(xué)的差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究路線
2.3 藥物作用機(jī)制及靶點(diǎn)研究
劉鵬等[12]研究清熱解毒涼血化瘀浸膏對(duì)內(nèi)毒素肝損傷大鼠蛋白質(zhì)表達(dá)的影響,推測(cè)中藥干預(yù)組中高表達(dá)(相對(duì)分子質(zhì)量為4200道爾頓)和低表達(dá)(8984道爾頓、9005道爾頓)蛋白質(zhì)可能是清熱解毒涼血化瘀干預(yù)內(nèi)毒素肝損傷大鼠的重要分子機(jī)制。鄭健、艾斯等[13-14]探索腎康靈對(duì)阿霉素腎病大鼠血清和尿液蛋白質(zhì)譜表達(dá)的影響,推測(cè)血清差異表達(dá)蛋白(m/z分別為8837.7、15013.0、15053.2)和尿液差異表達(dá)蛋白(m/z分別為9321.0、9393.1、9477.5),可能為中藥腎康靈靶向作用的蛋白點(diǎn)。上述研究者提出考慮進(jìn)一步鑒定差異蛋白質(zhì),并結(jié)合臨床驗(yàn)證差異蛋白的藥物靶向性,但目前并未見后續(xù)研究報(bào)道。
2.4 方-證相關(guān)
胡小勤等通過高血壓病氣虛血瘀證患者對(duì)比健康者血清進(jìn)行補(bǔ)陽還五湯與高血壓病氣虛血瘀證“方證相關(guān)”研究,發(fā)現(xiàn)鑒定出8個(gè)高血壓病氣虛血瘀證患者與健康對(duì)照者差異蛋白點(diǎn)(上調(diào)蛋白肽基脯氨酰異構(gòu)酶A、肽基脯氨酸順反異構(gòu)酶A樣1亞型等,下調(diào)蛋白丙酮酸激酶同工酶M1亞型、抑制蛋白-1等),而補(bǔ)陽還五湯含藥血清處理后與空白血清處理后的差異蛋白點(diǎn)共3個(gè)(上調(diào)蛋白丙酮酸激酶CRA-c亞型、熱休克蛋白27,下調(diào)蛋白膜蛋白A1,CRA-b亞型),初步推測(cè)上述差異蛋白可能為補(bǔ)陽還五湯對(duì)高血壓氣虛血瘀證的作用靶點(diǎn),其作用機(jī)制為抑制細(xì)胞凋亡[15]。
目前尚無研究者從不同藥物、不同組方或是不同劑量干預(yù)后的樣本差異蛋白質(zhì)組學(xué)角度探索中藥作用機(jī)制。
圖3 針灸學(xué)的差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究路線
經(jīng)絡(luò)腧穴理論及針灸是中國數(shù)千年歷代醫(yī)家累積的另一份寶貴財(cái)富,已在國際醫(yī)療衛(wèi)生保健領(lǐng)域占有一席之地。針灸的治療作用是建立在腧穴經(jīng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上的。20世紀(jì)以來,研究者不斷通過各種方法試圖解釋腧穴經(jīng)絡(luò)針灸的內(nèi)涵。盡管目前尚未形成可以完全解釋針灸學(xué)原理的框架,但困難并不能阻止研究者在針灸學(xué)領(lǐng)域的不斷探索。
3.1 研究路線
圖3顯示,有研究者通過穴位、經(jīng)絡(luò)通路沿線、非特異性組織和臟腑組織之間蛋白質(zhì)組成的異同點(diǎn)及其針刺前后相關(guān)位置蛋白質(zhì)組成種類與數(shù)量異同分析,嘗試尋找經(jīng)穴特異性、經(jīng)穴循經(jīng)特異性、經(jīng)穴臟腑相關(guān)的物質(zhì)基礎(chǔ)。也有通過針刺干預(yù)前后特定效應(yīng)相關(guān)物質(zhì)蛋白質(zhì)表達(dá)水平的變化,探討針灸作用于特定疾病的機(jī)理。此外,可以考慮通過不同的穴位組合(不同的經(jīng)絡(luò)選穴、經(jīng)驗(yàn)用穴、辨證選穴等)、不同的刺激方法(電針、手針、灸法等)或不同的刺激量(提插補(bǔ)瀉、不同頻率等)干預(yù)前后療效分析結(jié)合差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析,研究經(jīng)穴效應(yīng)循經(jīng)特異性、針刺量效關(guān)系,并為針灸治療方案標(biāo)準(zhǔn)化提供理論依據(jù)。
3.2 經(jīng)穴特異性、經(jīng)穴臟腑相關(guān)
張小卿、李春日等[16]對(duì)Wistar大鼠太溪穴、非經(jīng)非穴處結(jié)締組織和腎臟組織進(jìn)行比較分析,發(fā)現(xiàn)腎臟-太溪穴的相關(guān)蛋白點(diǎn)多于腎臟-非經(jīng)非穴相關(guān)蛋白點(diǎn),初步推測(cè)腎經(jīng)原穴太溪與其所屬臟腑腎臟之間的密切聯(lián)系與蛋白質(zhì)有關(guān)。隨后他們[17]發(fā)現(xiàn),針刺足少陰腎經(jīng)太溪穴可以影響腎臟蛋白質(zhì)組學(xué),上調(diào)能量代謝相關(guān)蛋白(NAD依賴性異檸檬酸脫氫酶)和醌相關(guān)抗氧化相關(guān)蛋白(醌還原酶),進(jìn)一步證實(shí)太溪穴與腎臟的聯(lián)系。幾位研究者采用漸進(jìn)式研究思路,從初步探索到確定方向深入研究,是中醫(yī)藥理論基礎(chǔ)研究的重要路線。
3.3 針灸療效作用機(jī)制
Pan等[18]發(fā)現(xiàn),電針對(duì)缺血性中風(fēng)的神經(jīng)保護(hù)調(diào)節(jié)機(jī)制可能為激活多種補(bǔ)體(上調(diào)補(bǔ)體1、C3、C4B,下調(diào)絲氨酸蛋白酶抑制因子G1),抑制細(xì)胞凋亡和抗血栓形成(上調(diào)β-2糖蛋白1),并可能通過上調(diào)凝溶膠蛋白促進(jìn)四肢肌力恢復(fù)。Gao等[19]通過電針足三里和陽陵泉治療大鼠慢性壓迫性損傷所致的神經(jīng)性疼痛的實(shí)驗(yàn),推測(cè)電針止痛效果是通過調(diào)控有關(guān)氨基酸代謝的海馬蛋白(如天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶1等)和激活促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路(如髓鞘堿性蛋白MBP)。XU等[20]對(duì)針刺前后哮喘大鼠肺部組織蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)針灸在不同水平上通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)炎癥信號(hào)通路(下調(diào)S100A8、RAGE、S100A11等促炎蛋白質(zhì),上調(diào)CC10、ANXA5、sRAGE等抗炎蛋白),對(duì)這些炎癥相關(guān)蛋白的調(diào)節(jié)至少部分介導(dǎo)針灸的平喘效果。Lai等[21]發(fā)現(xiàn),針刺對(duì)自發(fā)性高血壓大鼠的降壓效果可能是通過上調(diào)SHR大鼠延髓中的抗氧化酶(谷氨酸脫氫酶1、醛脫氫酶2、超氧化物歧化酶等)實(shí)現(xiàn)的。
目前差異蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用于針灸領(lǐng)域的研究質(zhì)量相對(duì)較高,成果更為顯著,但也僅限于針對(duì)針灸治療特定病種機(jī)制研究,并未就針灸特色理論(如不同穴位組合、不同的刺激方法、不同刺激量)有更好的發(fā)揮。
差異蛋白質(zhì)組學(xué)在中醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用極具研究?jī)r(jià)值,但目前尚存在一定的局限性:首先是技術(shù)方面,蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在蛋白質(zhì)分離、鑒定、自動(dòng)化方面仍需不斷完善,在大數(shù)據(jù)處理、生物信息學(xué)分析和系統(tǒng)生物學(xué)分析等方面也存在極大的挑戰(zhàn),且試驗(yàn)費(fèi)用相對(duì)高昂,廣泛推廣受限。其次,當(dāng)前研究路線多不完整,不能完全發(fā)揮差異蛋白質(zhì)組學(xué)的優(yōu)勢(shì)(確定差異蛋白點(diǎn)-關(guān)聯(lián)差異蛋白-差異蛋白驗(yàn)證-生物信息學(xué)分析)。再次,目前中醫(yī)藥領(lǐng)域的蛋白質(zhì)組學(xué)研究多是動(dòng)物實(shí)驗(yàn),臨床研究的總數(shù)和單個(gè)研究的樣本量都較少,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺乏臨床驗(yàn)證過程,這一現(xiàn)狀影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性、靈敏度和特異性,直接導(dǎo)致結(jié)果的推廣受限。最后,中醫(yī)藥領(lǐng)域研究的參與者多數(shù)為中醫(yī)藥方面專業(yè)人員,因此對(duì)生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)知識(shí)掌握的深度和廣度有限,所以往往在得出結(jié)果后分析不夠完善,未能達(dá)到豐富中醫(yī)藥理論內(nèi)涵的目的。
中醫(yī)藥作為中國醫(yī)學(xué)的知識(shí)寶庫,尚有很多精髓有待繼續(xù)研究。差異蛋白質(zhì)組學(xué)的應(yīng)用尚有許多問題不容忽視,但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,生物信息學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)研究的深入,研究路線的不斷改善,多學(xué)科合作的廣泛開展,差異蛋白質(zhì)組學(xué)將為中醫(yī)藥特色理論的解讀做出獨(dú)特貢獻(xiàn)。
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Research Route and Application in Differential Proteomics in Traditional Chinese Medicine
LI Li1,F(xiàn)AN Xiao-nong2,F(xiàn)U Jing-jing3,SHEN Yan2,WANG Shu2△
(1.Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193,China; 2.The First Teaching Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193,China; 3.Hiser Medical Group of Qingdao,Qingdao 266000,China)
Differential proteomics,focusing on overall differentially expressed protein,correspond to essential idea of traditional Chinese medicine—holism.The authors proposed few research strategies for the proteomic studies in 3 basic fields of Chinese medicine—diagnosis(for instance,essence of TCM syndrome,same disease with different syndromes,different diseases with same syndrome,and similar TCM syndromes),Chinese materia medica(processing of Chinese medicine,geo-h(huán)erbalism,drug target,and formula-syndrome correlation)and acupuncture and moxibustion(acupoint specificity,dose-effect relationship,acupoint-internal organ correlation and mechanism of acupuncture),furthermore,summarized current status of differential proteomics in the research of traditional Chinese medicine and pointed out several limitations based on current reports.
Differential proteomics;Research strategy;Syndrome of TCM;Chinese materia medica;Acupuncture and moxibustion
R22
:A
:1006-3250(2015)12-1602-05
2015-02-19
國家973項(xiàng)目(2012CB518505);天津市高等學(xué)??萍及l(fā)展基金計(jì)劃項(xiàng)目(20100221);高等學(xué)校博士學(xué)科專項(xiàng)科研基金(2011120110001)
李 禮(1990-),女,安徽人,在讀碩士,從事針灸作用機(jī)制及針灸治療高血壓作用機(jī)理的臨床與研究。
△通訊作者:王 舒(1965-),男,山東人,教授,醫(yī)學(xué)博士,從事針灸治療中風(fēng)、偏頭痛及高血壓作用機(jī)理的臨床與研究,Tel:022-27432207,E-mail:wangs2008@163.com。