基于质谱的蛋白质生物标志物发现中的特征选择与机器学习方法研究进展

随着质谱技术的进步以及生物信息学与统计学算法的发展,以疾病研究为主要目的之一的人类蛋白质组计划正快速推进。蛋白质生物标志物在疾病早期诊断和临床治疗等方面有着非常重要的意义,其发现策略和方法的研究已成为一个重要的热点领域。特征选择与机器学习对于解决蛋白质组数据"高维度"及"稀疏性"问题有较好的效果,因而逐渐被广泛地应用于发现蛋白质生物标志物的研究中。文中主要阐述蛋白质生物标志物的发现策略以及其中特征选择与机器学习方法的原理、应用实例和适用范围,并讨论深度学习方法在本领域的应用前景及局限性,以期为相关研究提供参考。     

基于质谱技术的糖蛋白质组学的分析方法及其在癌症研究中的应用

蛋白质的糖基化是一种最为重要的蛋白质翻译后修饰。它涉及多种生物途径和分子功能。蛋白质上糖链位点的异常改变与许多疾病有着密切的联系。已确认的癌症生物标志物中超过一半都属于糖蛋白。无论是在疾病的早期检测还是疾病的疗效评价,糖蛋白的糖链都可以作为明确的生物标志物。因此近几年,糖蛋白质组学逐渐成为一个新兴的热点研究领域,并为癌症生物标志物的发现做出了重要的贡献。目前,基于质谱技术的糖蛋白质组学可以实现对上千种糖蛋白的分析,从而获得蛋白糖基化的定性和定量方面的详细信息。本文对近些年糖蛋白质组学研究的方法和技术以及其在癌症研究中的应用进行了总结。     

几种肿瘤生物标志物研究方法及结果的比较

在肿瘤的预防、诊断和治疗中,生物标志物有着极其重要的作用。生物标志物的研究可以通过人或者动物模型的体液、组织或细胞等进行。体液包括血液与尿液等,研究者们主要关注血液,对于尿液不够重视,但理论上尿液不受机体稳态机制的调控,应该可以更早更敏感地反映机体因疾病所产生的变化,是生物标志物更为理想的来源。研究者们也直接从细胞培养的条件培养基、组织或者器官灌流液等处寻找差异蛋白质作为候选标志物。本文试图通过对肿瘤细胞的条件培养基、大鼠模型肝脏灌流液、尿液筛选差异蛋白质作为生物标志物的结果和方法进行比较,分析三者的优缺点,为以后的标志物研究提供线索。     

食管鳞癌的蛋白质组学

大部分食管鳞癌（esophageal squamous cell carcinoma, ESCC）确诊时已发展至中晚期,临床治疗效果差,是导致我国华北地区ESCC死亡率居高不下的主要原因之一.因此,亟需筛查ESCC特异性、敏感性的生物标志物,以期用于ESCC早期诊断、个体化分子靶向治疗和预后评价. 与相对稳定、携带遗传信息的基因组不同,蛋白质组具有时空变化特性,由此构成生命活动复杂性的物质基础.在病理情况下,蛋白质组能够精确反映患病组织器官的功能状态,因此为疾病的监测提供了窗口.本文总结了ESCC蛋白质组研究现状及差异表达的蛋白质谱,并探讨了ESCC候选分子标志物的潜在临床应用价值.     

非编码RNA作为疾病诊断标志物

非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)是不具备编码蛋白质功能的基因组转录产物。研究逐步发现,ncRNA的表达失调与人类疾病的发生密切相关。由于ncRNA表达失调具有组织特异性,同时,在人类组织和体液中可被便捷、稳定地检测,许多研究开始关注ncRNA作为临床疾病诊断标志物的应用潜能。现主要围绕微小分子RNA(miRNA)和长非编码RNA(lncRNA)在恶性肿瘤、自身免疫性疾病及神经系统疾病诊断中的作用进行综述;同时,也从ncRNA失调与疾病发生的相互关系的角度展示了ncRNA相较其他生物分子作为疾病诊断标志物的优势。     

蛋白质芯片SELDI-TOFMS技术的研究进展及其在临床中的应用

蛋白质芯片为新一代的蛋白质组研究技术,由美国Ciphergen生物系统公司引进,表面增强激光解吸电离-飞行时间质谱(SELDI-TOFMS)提供一个高通量和高灵敏度的检测平台。投放至今虽短短10来年,但卓越的成果已广为医学科学界重视,尤其在恶性肿瘤的早期诊断、监控和预后研究上。蛋白质是细胞内执行生物功能的最终分子,蛋白质组学研究让人类更深入了解疾病和生命的本源,不断发现的特异性肿瘤标志物更为攻克癌症带来新希望。这里除对表面增强激光解吸电离_飞行时间质谱作较详尽的介绍外,更重点阐述其近年来蛋白质芯片近期的研究进展和在临床中的应用,并就其优劣和发展前景作出评估。     

蛋白质芯片SELDI-TOF MS技术的研究进展及其在临床中的应用

蛋白质芯片为新一代的蛋白质组研究技术,由美国Ciphergen生物系统公司引进,表面增强激光解吸电离-飞行时间质谱(SELDI-TOFMS)提供一个高通量和高灵敏度的检测平台。投放至今虽短短10来年,但卓越的成果已广为医学科学界重视,尤其在恶性肿瘤的早期诊断、监控和预后研究上。蛋白质是细胞内执行生物功能的最终分子,蛋白质组学研究让人类更深入了解疾病和生命的本源,不断发现的特异性肿瘤标志物更为攻克癌症带来新希望。这里除对表面增强激光解吸电离-飞行时间质谱作较详尽的介绍外,更重点阐述其近年来蛋白质芯片近期的研究进展和在临床中的应用,并就其优劣和发展前景作出评估。     

妊娠期高血压疾病大鼠肾脏中蛋白激酶C-а亚型蛋白表达和转录水平的变化

目的：通过研究PKC-α蛋白及mRNA转录表达水平在妊娠期高血压疾病大鼠肾脏中的变化,以探讨妊娠期高血压疾病肾脏病理生理变化发生的机制。方法：注射L-NAME方法制备妊娠期高血压疾病动物模型并应用Western印迹杂交及RT-PCR半定量方法检测15例妊娠期高血压疾病大鼠、正常妊娠大鼠、健康孕龄大鼠肾脏组织PKC-α亚型的表达情况。结果：妊娠期高血压疾病大鼠肾脏组织中PKC-α的蛋白及mRNA表达水平显著高于正常妊娠组（P〈0.01）,正常妊娠大鼠肾脏PKC-α的蛋白及mR-NA表达水平明显低于对照组大鼠（P〈0.01）。结论：妊娠期高血压疾病大鼠肾脏组织中存在PKC-α的蛋白及mRNA的过度表达,它可能参与妊娠期高血压疾病肾脏病理生理变化。     

新疆维吾尔族妊娠期高血压疾病血清中MMP-9、TIMP-1的表达及意义

目的:分析新疆维吾尔族妊娠期高血压疾病血清中MMP-9、TIMP-1的表达水平及其与妊娠期高血压疾病的相关性,为临床提前干预治疗工作提供理论依据.方法:采用ELISA法检测60例妊娠期高血压疾病惠者(其中轻度组和重度组各30例)及30例健康孕妇血清中MMP-9和TIMP-I水平.结果:妊娠期高血压疾病重度组患者血清MMP-9水平显著低于正常对照组及轻度组(P<0.05)差异有显著性;而妊娠期高血压轻度组与正常组之间无显著差异性(P>0.05),但在重度组中MMP-9的浓度较其他两组明显减低;TIMP-I妊娠期高血压疾病重度组、轻度组及正常对照组血清中各组相互比较均表达差异无显著性(P>0.05),无统计学意义,且TIMP-1在三组中的浓度值变化不大,可见虽然重度妊娠期高血压疾病患者血清中MMP-9表达下降,而它的特异性抑制物TIMP-1却无相应的变化,这导致两者之间的平衡状态发生改变,MMP-9/TIM-1比值下降.结论:血清中MMP-9及TIMP-1表达异常可能与妊娠高血压综合征的发病有密切的关系.MMP-9、TIMP-1有望成为妊娠期高血压疾病进行提前干预治疗的手段.     

妊娠期高血压疾病大鼠肾脏中蛋白激酶C-a亚型蛋白表达和转录水平的变化

目的:通过研究PKC-a蛋白及mRNA转录表达水平在妊娠期高血压疾病大鼠肾脏中的变化,以探讨妊娠期高血压疾病肾脏病理生理变化发生的机制.方法:注射L-NAME方法制备妊娠期高血压疾病动物模型并应用Westem印迹杂交及RT-PCR半定量方法检测15例妊娠期高血压疾病大鼠、正常妊娠大鼠、健康孕龄大鼠肾脏组织PKC-α亚型的表达情况.结果:妊娠期高血压疾病大鼠肾脏组织中PKC-α的蛋白及mRNA表达水平显著高于正常妊娠组(P<0.01),正常妊娠大鼠肾脏PKC-α的蛋白及mRNA表达水平明显低于对照组大鼠(P<0.01).结论:妊娠期高血压疾病大鼠肾脏组织中存在PKC-α的蛋白及mRNA的过度表达,它可能参与妊娠期高血压疾病肾脏病理生理变化.     

不同护理模式在妊娠期高血压患者中的应用效果比较

目的观察不同护理模式对妊娠期高血压疾病(HDCP)患者的临床效果。方法选取临床上明确诊断为HDCP的患者120例,随机分为对照组和观察组各60例,对照组采用常规护理模式,观察组在常规护理模式的基础上给予细致化护理模式,分别采用自我效能感(CBSEI)量表、焦虑自评量表(SAS)、抑郁自评量表(SDS)对HDCP患者护理前后进行评分,分析比较两组患者护理前后自我效能感评分、SAS评分、SDS评分情况。结果两组患者护理前的自我效能感、SAS评分、SDS评分等方面差异无统计学意义(均P0.05)。护理后两组患者自我效能感评分明显升高,SAS评分、SDS评分均明显降低,与治疗前比较差异有统计学意义(均P0.05)。而且护理后,观察组自我效能感明显高于对照组,SAS评分、SDS评分均较对照组明显降低,差异均有统计学意义(均P0.05)。结论细致化护理能显著提高HDCP患者的自我效能感、降低HDCP患者的SAS评分、SDS评分,缓解焦虑、抑郁情绪,值得临床推广应用。     

妊娠高血压疾病对妊娠结局的影响及防治对策探讨

目的：研究妊娠高血压疾病对妊娠结局的影响及防治对策讨论。方法：选择回顾性研究方法,选择2010年9月到2012年8月到我院的妊娠高血压患者60名作为观察组,并且同期选择60名正常妊娠妇女作为对照组,比较妊娠高血压患者的母体并发症（早产、胎盘早剥、产后出血）等及胎儿妊娠结局等情况与对照组的比较。结果：妊娠高血压患者不同程度对妊娠结局的影响不同P〈0．05,并且妊娠高血压患者的母体并发症与对新生儿的影响与对照组比较有差异P〈0．05,异常情况均较正常妊娠妇女要高。结论：妊娠高血压患者对妊娠结局的影响较为严重,对母婴危害严重,需积极预防。     

改良法建立妊娠期高血压疾病大鼠模型

目的寻找理想的妊娠期高血压疾病动物模型。方法60只雌性Wistar大鼠分为六组,分别为正常妊娠组（A组）、左旋亚硝酸精氨酸甲酯（L-NAME）腹腔注射组（B组）、生理盐水注射组（C组）、假手术组（D组）、双侧子宫动脉结扎术组（E组）以及L-NAME腹腔注射联合腹主动脉缩窄术组（F组）,对大鼠血压、尿蛋白值以及胎鼠、胎盘、胎鼠头的重量进行监测并观察肾脏、胎盘的病理改变。结果F组孕鼠于孕13d即出现了蛋白尿、血压升高,较B组及E组出现时间早（P〈0.05）,其胎鼠体重、胎头重量下降较各组更明显（P〈0.05）,肾小球小动脉管壁增厚、管腔狭窄;胎盘出现血管间膜增厚、纤维蛋白沉积等妊娠高血压疾病的典型病理改变。结论L-NAME腹腔注射联合腹主动脉缩窄术是更为理想的建立妊娠高血压疾病动物模型的方法。     

不同类型妊娠高血压疾病对产妇妊娠结局的影响

目的:探讨不同类型妊娠高血压疾病(PIH)对产妇妊娠结局的影响。方法:选取2011年1月~2013年12月我妇产科院收治的妊娠期出现高血压症状的产妇106例为观察组,并选取同期正常孕产妇100例为对照组,根据诊断标准将观察组患者再分为PIH组(75例)、子痫前期组(21例)以及子痫组(10例),对比4组产妇的胎儿窘迫、胎盘早剥、早产、剖宫产、产后出血以及新生儿窒息的发生率。结果:观察组产妇的胎儿窘迫、胎盘早剥、早产、剖宫产、产后出血以及新生儿窒息的发生率明显高于对照组,差异有统计学意义(P0.05);妊娠期高血压组、子痫前期组、子痫组的胎儿窘迫、胎盘早剥、早产、剖宫产、产后出血以及新生儿窒息的发生率,依次升高,差别有统计学意义(P0.05)。结论:应正确认识到不同类型PIH对妊娠结局的影响以及其并发症的规律,做好预防措施,以减少不良妊娠结局的发生。     

Body Mass Index,Smoking and Hypertensive Disorders during Pregnancy: A Population Based Case-Control Study

While obesity is an indicated risk factor for hypertensive disorders of pregnancy, smoking during pregnancy has been shown to be inversely associated with the development of preeclampsia and gestational hypertension. The purpose of this study was to investigate the combined effects of high body mass index and smoking on hypertensive disorders during pregnancy. This was a case-control study based on national registers, nested within all pregnancies in Iceland 1989–2004, resulting in birth at the Landspitali University Hospital. Cases (n = 500) were matched 1:2 with women without a hypertensive diagnosis who gave birth in the same year. Body mass index (kg/m²) was based on height and weight at 10–15 weeks of pregnancy. We used logistic regression models to calculate odds ratios and corresponding 95% confidence intervals as measures of association, adjusting for potential confounders and tested for additive and multiplicative interactions of body mass index and smoking. Women’s body mass index during early pregnancy was positively associated with each hypertensive outcome. Compared with normal weight women, the multivariable adjusted odds ratio for any hypertensive disorder was 1.8 (95% confidence interval, 1.3–2.3) for overweight women and 3.1 (95% confidence interval, 2.2–4.3) for obese women. The odds ratio for any hypertensive disorder with obesity was 3.9 (95% confidence interval 1.8–8.6) among smokers and 3.0 (95% confidence interval 2.1–4.3) among non-smokers. The effect estimates for hypertensive disorders with high body mass index appeared more pronounced among smokers than non-smokers, although the observed difference was not statistically significant. Our findings may help elucidate the complicated interplay of these lifestyle-related factors with the hypertensive disorders during pregnancy.     

妊娠合并甲状腺功能减退症26例妊娠结局分析

目的：对妊娠合并甲状腺功能减退症进行分析,探讨其对母儿的影响,及孕期筛查甲状腺功能有无意义。方法：对我院26例妊娠合并甲减的临床资料进行回顾性统计分析。结果：26例妊娠合并甲减病例中有1例早产（孕33周）,其余25例患者维持至足月妊娠,其中剖宫产17例（65.38%）,合并妊娠期高血压疾病5例（19.23%）,妊娠期糖尿病3例（11.53%）,羊水胎粪污染3例（11.54%）,新生儿无先天性甲减。经过治疗后甲状腺功能减退孕妇的剖宫产率,糖尿病发生率、高血压疾病发生率、羊水粪染的发生率较对照组增加;但两组妊娠结局差异无统计学意义（P〉0.05）。结论：妊娠合并甲状腺功能减退症孕妇多种妊娠并发症的发病率高于正常孕妇,应加强对妊娠甲减的早期筛查及治疗,可有效降低不良妊娠结局,减少先天性甲低的出生。     

妊娠期高血压疾病发病危险因素及对妊娠结局的影响

目的:探讨妊娠期高血压疾病(HDCP)发病的危险因素及其对妊娠结局的影响,以期为HDCP的诊断和早期预防提供一定的临床依据。方法:选择2011年11月到2014年11月在我院接受治疗的120例HDCP患者,设为实验组,同期选择120例正常孕产妇作为对照组。自制调查问卷调查受试者的临床资料以及妊娠结局,分析HDCP的危险因素,对比观察两组妊娠结局的差异。结果:(1)单因素分析显示,HDCP发病的危险因素可能有:年龄、体质指数(BMI)、月收入、高血压家族史、孕期并发症、负面情绪、文化程度(均P0.05)。(2)进一步行多因素非条件Logistic回归分析显示,HDCP发病的危险因素有:BMI、高血压家族史、负面情绪及文化程度。(3)实验组患者胎儿窘迫、低体重儿、新生儿窒息、围产儿死亡及胎儿畸形的发生率均明显高于对照组,具有显著性差异(P0.05)。结论:导致HDCP发病的危险因素较多,主要有BMI、高血压家族史、负面情绪及文化程度等,这些因素极易导致不良妊娠结局。     

The discovery of protein biomarkers in pre-eclampsia: the promising role of mass spectrometry

Abstract

Context: Pre-eclampsia (PE) is a common hypertensive disorder of pregnancy that substantially affects maternal and neonatal morbidity and mortality worldwide. The aetiology of the disease remains poorly understood with lack of reliable diagnostic tests. PE is a multisystem disorder so it is very unlikely that a single or a small group of biomarkers will accurately predict the disease. Mass spectrometry (MS) is indispensable analytical tool in protein analysis studies. MS-based proteomics have the ability to detect the entire protein complement to provide a useful window into a range of biological processes and allow the identification of differentially expressed proteins between samples.

Objective: The aim of this review is to summarise, discuss and evaluate the current predominant MS-based approaches applied for protein biomarker discovery. The paper also seeks to evaluate the current potential PE biomarkers described in the literature and identify issues that can guide future research.

Conclusion: MS-based proteomics studies are promising alternatives to classical hypothesis-driven approaches to discover novel biomarkers and provide new insights into the underlying phathophysiological mechanisms of PE. This should aid in the early diagnosis of PE and the understanding of the aetiology of the disease.     

Role of aldosterone availability in preeclampsia

Preeclampsia is a hypertensive disorder unique to pregnancy and remains the leading cause of maternal and fetal morbidity and mortality. Despite active research, the etiology of this disease remains still an enigma. There is increasing evidence that a combination of several factors is responsible for the development of preeclampsia. In this review, we discuss the role of aldosterone in the regulation of body fluid in pregnancy and preeclampsia. Aldosterone is produced by the enzyme aldosterone synthase and competes with cortisol and progesterone for the mineralocorticoid receptor, thus affecting sodium reabsorption and maternal volume expansion. Aldosterone seems to play a pivotal role in controlling blood pressure during pregnancy and to contribute to the well-being of the mother-to-be. Novel findings in understanding the underlying causes of preeclampsia provide a rationale for future novel prophylactic and therapeutic interventions in the treatment of this pregnancy-associated disease.     

Comprehensive proteomic analysis of human cervical-vaginal fluid

Cervical-vaginal fluid (CVF) is a potential rich source of biomarkers for enhancing our understanding of human parturition and pathologic conditions affecting pregnancy. In this study, we performed a comprehensive survey of the CVF proteome in pregnancy utilizing multidimensional liquid chromatography (2D-LC) coupled with mass spectrometry and gel-electrophoresis-based protein separation and identification. In total, 150 unique proteins were identified using multiple protein identification algorithms. Metabolism (32%) and immune response-related (22%) proteins are the major functional categories represented in the CVF proteome. A comparison of the CVF, serum, and amniotic fluid proteomes showed that 77 proteins are unique to CVF, while 56 and 17 CVF proteins also occur in serum and amniotic fluid, respectively. This data set provides a foundation for evaluation of these proteins as potential CVF biomarkers for noninvasive diagnosis of pregnancy-related disorders.