Metabolic Signature of Microvesicles from Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells of Preterm and Term Infants

早產和足月嬰兒臍帶間充質干細胞微泡的代謝特征

來源: Proteomics Clinical Applications, 2018, Volume 12, 1700082

《蛋白質組學臨床應用》，2018年，第12卷，文章編號1700082

 

摘要

論文摘要指出，微泡是細胞膜出芽形成的200-1000納米體，是生物標志物的有希望來源。本研究比較了通過超速離心從早產（<34周）和足月（≥37周）嬰兒臍帶間充質干細胞培養中收集的微泡蛋白質組，旨在建立早產的特征簽名。使用Orbitrap質譜、統計、生物信息學和生化分析，結果顯示共識別了3253個蛋白質，早產和足月微泡有78.3%匹配，但主成分分析顯示它們的蛋白質組聚類分離。Cytoscape分析表明早產微泡的基因簽名圍繞炎癥和氧化代謝。早產和足月微泡都消耗氧氣并表達ATP合酶和細胞色素氧化酶，但只有早產微泡合成ATP。研究臨床意義在于微泡可作為早產嬰兒炎癥和代謝狀態的傳感器，幫助預防并發癥。

 

研究目的

研究目的是比較早產和足月嬰兒臍帶間充質干細胞微泡的蛋白質組，建立早產的特征簽名，并探索微泡作為早產并發癥的生物標志物，以非侵入性方式評估早產嬰兒的代謝狀態。

 

研究思路

研究思路基于收集早產和足月嬰兒的臍帶，分離間充質干細胞并培養，然后通過超速離心收集微泡。使用Orbitrap質譜進行蛋白質組分析，結合統計方法（如多維標度分析）和生物信息學工具（如Cytoscape）分析蛋白質表達差異。同時進行生化實驗，包括氧消耗測量（使用丹麥Unisense電極）、ATP合成測定和復雜III活性檢測，以驗證微泡的代謝活性。實驗設計包括比較早產和足月微泡的蛋白質組、氧消耗率和ATP合成能力，并探討其與炎癥和代謝通路的關系。

 

測量的數據及研究意義

1. 蛋白質組數據：來自圖1，質譜識別了3253個蛋白質，早產和足月微泡有78.3%匹配，但396個蛋白質（12.2%）為早產特有，311個（9.5%）為足月特有。火山圖顯示173個蛋白質顯著變化，其中163個在早產中上調，包括8個與氧化磷酸化相關的蛋白質。研究意義：這些數據揭示了早產微泡有獨特的蛋白質組特征，特別是氧化代謝和炎癥通路增強，表明早產嬰兒的細胞在應對氧挑戰時代謝活躍，為早產生物標志物開發提供了基礎。

 

2. 氧消耗數據：來自圖4A和B，使用丹麥Unisense電極測量微泡的氧消耗率。早產微泡在添加NADH或琥珀酸后氧消耗更高（早產組：約400 nmol O2/min/mg，足月組：約200 nmol O2/min/mg），且復雜III活性在早產微泡中更高。研究意義：這表明早產微泡進行更活躍的有氧代謝，支持了蛋白質組數據中的氧化代謝特征，有助于理解早產嬰兒因暴露于高氧環境導致的代謝適應。

 

3. ATP合成數據：來自圖4B和C，ATP合成測定顯示只有早產微泡能合成ATP（早產組：約800 nmol ATP/min/mg，足月組：幾乎無合成），Western blot證實ATP合酶和細胞色素氧化酶在早產微泡中表達更高。研究意義：這證明早產微泡的氧消耗與ATP合成耦合，反映了其代謝效率，表明微泡可作為早產代謝狀態的實時傳感器，為預防并發癥提供干預靶點。

 

結論

論文結論表明，臍帶間充質干細胞微泡進行有氧代謝，但早產微泡有獨特的代謝特征，包括更高的氧化代謝活性和ATP合成能力。早產微泡的蛋白質組圍繞炎癥和代謝通路富集，這與早產嬰兒應對氧挑戰的生理響應相關。微泡可作為非侵入性生物標志物，用于評估早產嬰兒的炎癥和代謝狀態，有助于早期識別和預防并發癥。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量氧消耗數據的研究意義在于其提供了高精度和實時的代謝活性驗證。Unisense電極（模型H2S-MRCh）用于測量微泡的氧消耗動力學（圖4A和B），結果顯示早產微泡有顯著更高的氧消耗率，這直接支持了蛋白質組數據中氧化代謝通路的富集。這種測量技術的高靈敏度使研究人員能夠捕捉微泡在無 detergent 條件下的真實代謝狀態，避免了傳統方法的干擾。數據表明，早產微泡在應對 normoxia 時代謝更活躍，這反映了早產嬰兒細胞在未成熟狀態下對氧的應激響應，可能與早產并發癥如氧化損傷相關。因此，Unisense電極的使用不僅驗證了微泡的代謝功能，還強化了微泡作為早產代謝傳感器的重要性，為開發基于代謝監測的臨床工具提供了技術支撐。