用于进行cvd风险评估的生物化学标志物的制作方法_2

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见于乳糜微粒、VLDL和HDL中。其主要在肝脏中合成,但也在许多其它 器官例如脑、脾、肾中合成(Siest等1995) jpoE在脂蛋白代谢中起关键作用,这通过作为两 种受体(LDL受体和ApoE特异性乳糜微粒残余物受体)的配体来实现。ApoE与这些受体之间 的相互作用为胆固醇的代谢调节提供了基础。apoE基因座的多态性导致在大多数人群中存 在三个等位基因:ε2、ε3和ε4,其决定了六种apoE表型。同工型之间的差异是112位和158位 的一个氨基酸。Ap 〇E2在两个残基处均为半胱氨酸,E4在两个位置均为精氨酸。Ap〇E3在112 位是半胱氨酸,在158位是精氨酸。等位基因的频率在不同的人群中是不同的。一些研究评 估了apoE多态性与动脉粥样硬化之间可能的关系。14项观察研究的综合分析证明,在男性 和女性中ε4等位基因都与冠心病相关联(Wilson等1996)。此外,ε4等位基因已经与颈动脉 动脉粥样硬化相关联(了61^^等1996,0&1:1:;[11等1997,]^〇^1^等2002)。
[0054] ApoE为299个氨基酸长,其将脂蛋白、脂溶性维生素和胆固醇运送进入淋巴系统, 并进一步运送进入血液循环。ApoE主要在肝脏中合成。目前,ApoE有七种哺乳动物受体,其 属于保守的低密度脂蛋白受体基因家族。
[0055] 其他生物化学标志物
[0056] 微白蛋白尿(白蛋白/肌酐的水平)也是潜在的独立标志物。尿白蛋白排泄率是肾 脏变化的标志物,与少量肌酐升高进行比较后,其可指示动脉粥样硬化(Wang等)。
[0057]在前胶原蛋白标志物中,已研究将III型胶原蛋白周转率(PIIINP)的标志物作为 高血压的预后标志物,并已将其与心肌梗死相关联。Satta等研究了腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)与血液中前胶原(PIIINP)浓度的相关性。他们显示,在患有AAA的患 者中III型胶原蛋白的周转增加,这可能是由于合成增强、降解增强或其两者的组合。在同 一实验中,测定I型前胶原蛋白(PICP)的羧基端前肽,在动脉瘤囊中I型胶原蛋白没有加速 合成。
[0058]斑块的蛋白质谱
[0059] 人动脉可以分为大动脉或弹性动脉、中动脉或肌肉动脉以及小动脉。动脉壁由内 膜、中膜和外膜构成,其由内弹性层和外弹性层隔开。内膜由结缔组织、平滑肌细胞和少量 分离的巨噬细胞组成。内膜的边界可以定义为内皮的腔表面与内弹性层之间的层。
[0060] 动脉内膜可进一步分为两层。内层称为蛋白聚糖层,由丰富的蛋白聚糖、平滑肌细 胞和巨噬细胞构成。下层(肌弹性组织层)由丰富的平滑肌细胞和弹性纤维构成。在正常情 况下,内膜的这两层在光学显微镜下几乎不可见,但是在发生内膜增厚时明显且显著。中膜 是动脉壁的肌肉部分,其由平滑肌细胞、弹性蛋白、胶原纤维构成。
[0061] 外膜(外层)是高度微血管化的,其含有胶原蛋白、弹性纤维、平滑肌细胞和淋巴通 道。
[0062] 人动脉粥样硬化斑块的特征是纤维帽覆盖的富脂质核心,所述纤维帽由纤维状胶 原蛋白、弹性蛋白、蛋白聚糖和SMC构成。透明质多糖(hyaluronan)这种蛋白聚糖是细胞外 基质主要的非纤维成分,其具有通过调节诸如脂质积累、血栓形成和细胞增殖及迀移的事 件以及通过影响组织的材料特性来影响病变发生的潜力(Wight 1995)。也存在浸润的ApoE 和CRP,我们已经证明这两者在动脉粥样硬化疾病的不同阶段均位于冠状动脉粥样硬化斑 块中。
[0063] ApoE和CRP在人中的分布
[0064] 下表2显示人体中ApoE和CRP的分布。
[0065] 表2:
[0066]
[0067]下表3举例说明在体内和/或体外证明的ApoE和CRP与蛋白质的已知相互作用。
[0068] 表3
[0069]
[0070] 胶原蛋白在人类中的分布
[0071] 胶原蛋白在人体中分布很广,即胶原蛋白构成了人体中约30%的蛋白量。在表4 中,列出了主要的胶原蛋白类型及其主要组织分布。
[0072]
[0074] I型胶原蛋白是最丰富的胶原蛋白,可见于多数结缔组织中。其对于骨和皮肤的结 构至关重要。人体中胶原蛋白的主要含量分布在皮肤和骨骼中,其中主要的胶原蛋白组分 是I型和III型胶原蛋白。III型胶原蛋白是大动脉的主要成分,还发现在富含I型胶原蛋白 的组织中有较少量存在。另外,IV型胶原蛋白可见于基底膜中以及血管和神经周围。V型胶 原蛋白最常见的定位是在特征性胶原纤维中,与I型和III型胶原蛋白相关联(Garrone等)。 [0075] 一些胶原蛋白具有有限的组织分布:例如II型,其仅发现于软骨中(Mayne R.)。 [0076]胶原纤维常由超过一种胶原类型组成。例如,I型胶原纤维经常含有少量的III型、 V型和XII型胶原蛋白,而软骨的II型胶原纤维还含有IX和XI型胶原蛋白。
[0077] 动脉中的胶原蛋白
[0078] 在动脉中,发现了六种类型的胶原蛋白(1、111、1乂、¥、¥1和¥111型),其中1型和111 型最为丰富,占胶原含量的80-90%。1型和III型在血管壁中也是占优势的。它们似乎以不 同的量共分布于动脉壁的全部三层中,I型和III型胶原的合成倾向于位于内膜中(Mayne R)〇
[0079] 斑块中的胶原和其它结构蛋白一一周转
[0080] 在动脉粥样硬化斑块发展过程中,胶原蛋白在纤维帽中积累(Stary H.C.)。在 Katsuda等(1992)的研究中,在人主动脉组织的所有病变阶段的增厚内膜中发现了I、III和 IV型胶原。VI型胶原蛋白分布在内膜细胞区域以及晚期病变的基底膜中,也在伸长的SMC周 围检测到。对I型和III型的早期研究提供了动脉粥样硬化壁中相同分布的证据(Shekhonin 等)。根据McCullagh等(1980),III型是正常人主动脉中膜中的主要胶原(可提取胶原的约 70% hEriksen等(2006)最近的研究发现,人主动脉瓣中总胶原蛋白含量根据狭窄程度而 降低。认为狭窄的分子机制与动脉粥样硬化相似。在健康主动脉瓣中,胶原组成主要是I型 和III型。在狭窄过程中,胶原蛋白总含量降低,推测其是由于I型胶原蛋白周转的增加。I型 胶原蛋白占总胶原蛋白的约60-70%;而III型胶原蛋白的比例在健康瓣膜和钙化瓣膜中都 是30 _40 %。
[0081 ] V型胶原蛋白也在晚期动脉粥样硬化病变中增加,其分布在主动脉中膜和斑块内 皮下区域的整个细胞外基质中(McCullagh等)。
[0082]似乎一致的是,在动脉粥样硬化斑块中发现的主要胶原蛋白类型是I型和III型, 它们在健康的和动脉粥样硬化的血管中是否有相同的分布有待进一步研究。
[0083]在Katsuda等(1992)的研究中,在更晚期病变的粥样斑中心未检测到胶原蛋白。
[0084] 弹性蛋白
[0085] 弹性蛋白是体内最稳定的蛋白质之一,其发现于大多数由其弹性和回弹力所致的 结缔组织中。弹性蛋白在动脉壁的蛋白质含量中占优势,其中它是主要的细胞外基质蛋白。
[0086] 弹性蛋白是弹性纤维的主要成分,并且与钙化相关。血管钙化在血管壁内两个不 同的部位发生:内膜和中膜。内膜钙化涉及动脉粥样硬化,主要是在坏死的核心内。钙化的 弹性纤维构成了斑块的肩区,在此处斑块最易于破裂;表明弹性纤维的钙化可影响斑块的 稳定性(Bobryshev Y.V.)。在动脉粥样硬化中,弹性纤维的含量随着脂质的沉积而降低,这 使得对弹性蛋白降解酶的敏感性提高。因此,与胶原蛋白相反,弹性蛋白含量随着病变的发 展而降低。
[0087] 弹性蛋白在人中的分布
[0088]表5显示了人体中弹性蛋白的分布。
[0089] 表5:
[0090]
[0091 ]表6显示了体内和/或体外证明的弹性蛋白与蛋白质的已知相互作用。
[0092] 表6:
[0093]
[0094] 作为基质成分的蛋白聚糖
[0095] 蛋白聚糖(PG)是主要定位于血管壁细胞间基质中的多糖-蛋白质大分子 (Salisbury和Wagner 1981) JG是具有以下特征的大分子:存在一个或多个称为GAG的长的 无支链高度多阴离子糖侧链,其通过连接区与核心蛋白质共价连接。GAG的重复单元由氨基 糖(N-乙酰基葡萄糖胺(GlcNAc)或者N-乙酰基半乳糖胺(GalNAc))和己糖醛酸(葡萄糖醛酸 (GlcA)或艾杜糖醛酸(IdoA))组成。所述重复单元中的一个或两个糖含有一个或多个硫酸 基团(Rodriguez-Lee 2007)。除了GAG链之外,大多数核心蛋白质还带有N-和/或0-连接的 寡糖。
[0096] PG的分类和命名
[0097] PG是一组高度异质的大分子。一种类型的核心蛋白质在连接的GAG链的数目和类 型上可有所不同。链的长度和硫酸化残基沿链的排列也可不同。
[0098] 根据重复二糖单元的结构分为四个主要的GAG类别:硫酸软骨素(CS)和硫酸皮肤 素(DS);硫酸肝素(HS)和肝素;透明质多糖;以及硫酸角蛋白(KS)。
[0099] 透明质多糖是最简单的GAG。与所有其它的相反,它不含有任何硫酸化糖。其所有 二糖单元都是相同的,其链长非常长,不连接任何核心蛋白质。
[0100] KS是硫酸化多聚半乳糖胺链。KS-I最先描述于角膜中,其与核心蛋白质中的天冬 酰胺残基N-连接,而KS-II或软骨KS与丝氨酸或苏氨酸残基0-连接(Funderburgh 2000)。
[0101] 可根据几个参数对PG进行分类:
[0102] -所连接的GAG链(含有CS/DS或HS的PG)
[0103]-相对于细胞的拓扑分布(细胞外和基底膜PG,细胞相关PG或细胞内PG)
[0104]-核心蛋白质同源性(透明凝集聚糖(hyalectan),小的富亮氨酸PG(small leucine-rich PG,SLRP)
[0105]硫酸软骨素/皮肤素 PG(多功能蛋白聚糖(versican)、聚集蛋白聚糖(aggrecan)、 神经蛋白聚糖(neurocan)和短蛋白聚糖(brevican))属于透明质多糖结合蛋白聚糖家族。 此基因家族总称为透明凝集聚糖。每个家族成员具有特征性分布,聚集蛋白聚糖在软骨中 占优势,神经蛋白聚糖和短蛋白聚糖在中枢神经系统中占优势,多功能蛋白聚糖在多种软 组织包括动脉壁中存在。多功能蛋白聚糖的基因和蛋白结构符合结构域模板。氨基端球形 末端(G1)结合GAG透明质多糖,羧基端球形结构域(G3)类似于选择素蛋白家族,由与两个表 皮生长因子(EGF)结构域和补体调节区域相邻的C型凝集素组成。多功能蛋白聚糖核心蛋白 质的中间区域由两个大外显子编码,其确定了多功能蛋白聚糖的CS附着区域。外显子7编码 的区域称为aGAG,而外显子8编码的区域称为0GAG。四种mRNA转录本来自于多功能蛋白聚糖 的选择性剪接,得到V0、V1、V2和V3,其核心蛋白质的长度以及所连接GAG数目不同(Dours-Zimmermann和Zimmermann)。人多功能蛋白聚糖中潜在GAG连接位点的数目为:V0为17-23 个,VI为 12-15个,V2为5-8个,V3没有(Wight 617-23)。
[0106] 核心蛋白聚糖和双糖链蛋白聚糖是SLRP家族的成员,所述家族包含至少9个成员, 其分为三类(I、II和III)以及不同的亚家族。它们全都具有下述特征:存在含有富亮氨酸重 复的中央结构域,以实现强蛋白质-蛋白质相互作用。核心蛋白聚糖和双糖链蛋白聚糖是I 类的成员,显示最高的家族氨基酸同源性(约57% ),是仅有的具有前肽的SLRP。所述前肽在 物种间高度保守,可作为木糖基转移酶的识别序列,该酶是参与GAG链合成的第一种酶。
[0107] 多功能蛋白聚糖、核心蛋白聚糖和双糖链蛋白聚糖是哺乳动物动脉壁基质中主要 的CS/DS PG(Wight等1986)。多功能蛋白聚糖V0核心蛋白质的大小是370kDa,约为核心蛋白 聚糖36kDa和双糖链蛋白聚糖38kDa的十倍大。侧链显示宽尺寸范围,但是通常平均为每个 约40-90kDa。
[0108] 硫酸肝素蛋白聚糖(HSPG)分为五个不同的细胞结合和细胞外周PG类别,它们占哺 乳动物细胞表面、基底膜和ECM中HS的至少95%。细胞结合HSPG包括整合的膜多配体蛋白聚 糖(syndecan)和锚定的磷脂酰肌醇蛋白聚糖(glypican)。细胞外周HSPG主要包括基底膜蛋 白聚糖(perlecan)、agrin。这些PG称为细胞外周的,是因为它们通过整合素与质膜紧密关 联(Whitelock和lozzo)。
[0109] 基底膜蛋白聚糖是模块化HSPG,其在几乎所有基底膜和间充质器官及结缔组织中 表达,是脊椎动物和无脊椎动物中所发现的最大的单链多肽之一。基底膜蛋白聚糖的五个 模块及其HS侧链参与许多分子间相互作用,例如与成纤维细胞生长因子-2、血管内皮生长 因子(VEGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)以及其它基质蛋白质相互作用。人基底膜蛋白聚 糖的核心蛋白质约为470kDa,加上许多0-连接寡糖和4个HS侧链,可达到超过800kDa的分子 量(Knox和Whitelock)。
[0110] 蛋白聚糖分布
[0111] 蛋白聚糖(PG)是在人体中几乎到处都有分布的大分子。PG的结构和大小差别非常 大。所有PG的基本结构包括核心蛋白质和至少一个(但经常是很多)糖链一一糖胺多糖 (GAG) 1G可见于细胞内、细胞表面和细胞外基质中。PG的结构多样性提示了多种生物学功 能,参见表7。
[0112] 表7
[0113]
[0114]
[0115] 表7给出了PG分布和功能的概况。
[0116] 动脉中的蛋白聚糖
[0117] 至少五种PG类型存在于动脉壁的细胞外基质中;多功能蛋白聚糖,其与透明质多 糖相互作用形成大的聚集体;小富亮氨酸核心蛋白聚糖和双糖链蛋白聚糖,其与纤维状基 质组分如胶原和弹性蛋白相互作用;硫酸肝素-基底膜蛋白聚糖,其是基底膜的组分,以及 硫酸角蛋白-光亮蛋白聚糖(Talusan等)。
[0118] 多功能蛋白聚糖是在动脉粥样硬化病变中积累的数种ECM分子之一。尽管许多研 究显示多功能蛋白聚糖明显能够结合LDL,但是在坏死核心的富脂质中心中一般检测不到 多功能蛋白聚糖。
[0119] 光亮蛋白聚糖已显示直接结合巨噬细胞,并增强巨噬细胞的迀移。因此,光亮蛋白 聚糖可直接影响血管内膜中巨噬细胞的行为,以及刺激坏死核心的形成,其为晚期动脉粥 样硬化病变的特征(Funderburgh等1997)。
[0120] 双糖链蛋白聚糖可见于纤维帽中。多功能蛋白聚糖和双糖链蛋白聚糖具有LDL亲 和力,并形成加速LDL氧化的不溶复合物。双糖链蛋白聚糖可通过将脂蛋白截留在动脉壁中 而促进动脉粥样硬化的发病。动脉内膜中蛋白聚糖代谢的变化构成了动脉粥样硬化的初期 病变,蛋白聚糖的积累在动脉粥样硬化的发展中具有重要的作用(Kunz J.)。
[0121] 有报道称,通过基于质谱的分析和免疫组织化学发现基底膜蛋白聚糖在人内膜增 生中是内膜细胞外基质的中心组分之一。
[0122] 表8显示了一些PG在正常动脉和动脉粥样硬化动脉的PG免疫组织化学染色中的分 布(Evanko等)。
[0123] 表8
[0124]
[0125] 参与基质重塑的蛋白聚糖
[0126] 对非人灵长类中动脉粥样硬化发展的研究证明,特定PG的积累随着病变严重程度 而变化,并随细胞和生长因子的分布而变化,表明不同的PG在动脉粥样硬化的发展过程中 起不同的作用。不同水平的特定PG可通过对改变纤维性基质组分(例如弹性蛋白和胶原)的 结构排列的贡献而直接影响组织的材料特性。
[0127] 多功能蛋白聚糖和透明质多糖显示在基质中相似的定位,表明在动脉粥样化形成 中两者之间形成聚集体。多功能蛋白聚糖和透明质多糖在早期病变中的显著增加可提示它 们在早期动脉粥样硬化病变中起作用,例如SMC和白细胞的增殖和迀移。此外,多功能蛋白 聚糖和透明质多糖是人再狭窄病变的主要基质组分,已在体外显示出对血管病变后的新生 内膜增厚有贡献。由于脂蛋白结合多功能蛋白聚糖的硫酸软骨素链,动脉粥样化形成中早 期富含多功能蛋白聚糖还可使得细胞外基质更易于增加脂质截留。这一想法得到了移植性 动脉病中多功能蛋白聚糖与脱辅基蛋白(a)和载脂蛋白E共定位的支持(Evan
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