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利用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)闡明阿片類藥物在大腦中激活的信號(hào)通路

閱讀：995發(fā)布時(shí)間：2018-6-28

利用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)闡明阿片類藥物在大腦中激活的信號(hào)通路
2018年6月28日--阿片類藥物是作用于大腦中的強(qiáng)效止痛藥，但它們具有一系列有害的副作用，包括成癮。在一項(xiàng)新的研究中，來自德國(guó)馬克斯-普朗克生物化學(xué)研究所（MPIB）；奧地利因斯布魯克醫(yī)科大學(xué)、因斯布魯克大學(xué)；美國(guó)天普大學(xué)和丹麥哥本哈根大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種工具，從而能夠更加深入地認(rèn)識(shí)大腦對(duì)阿片類藥物作出的反應(yīng)。他們利用質(zhì)譜法確定了大腦的五個(gè)不同區(qū)域中的蛋白磷酸化---蛋白的分子開關(guān)---模式發(fā)生的變化，并將它們對(duì)應(yīng)到阿片類藥物的期望的和不希望的治療效果。這些結(jié)果將為鑒定新的藥物靶點(diǎn)和設(shè)計(jì)一類副作用較少的新型止痛藥提供方法。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月22日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“In vivo brain GPCR signaling elucidated by phosphoproteomics”。
 

 

細(xì)胞用來響應(yīng)外部刺激的級(jí)聯(lián)信號(hào)類似于公司的指揮鏈。一個(gè)受體（好比于公司的領(lǐng)導(dǎo)）的激活給細(xì)胞內(nèi)的其他蛋白（好比是一群下屬）提供指令。這種信息通過其他的相互作用蛋白質(zhì)的信號(hào)級(jí)聯(lián)傳遞到較低級(jí)別的組織結(jié)構(gòu)。就像執(zhí)行不同任務(wù)以保持公司運(yùn)行的員工一樣，蛋白也是執(zhí)行細(xì)胞大部分功能的分子機(jī)器。在細(xì)胞中，通過改變這些“細(xì)胞員工”的功能，指令被傳遞給其他的蛋白。一種改變功能的方式是“磷酸化”---將一個(gè)磷酸分子連接到蛋白上。通過同時(shí)分析所有的這些分子開關(guān)，就能夠確定細(xì)胞或器官中的信號(hào)通路活性。相比于研究DNA，即在所有細(xì)胞中幾乎相同的遺傳“藍(lán)圖”，研究這種指揮鏈可更加地了解細(xì)胞內(nèi)當(dāng)前發(fā)生的過程。

蛋白活性圖譜

馬克斯-普朗克生物化學(xué)研究所主任Matthias Mann及其團(tuán)隊(duì)利用質(zhì)譜法（一種確定樣品中蛋白的身份和數(shù)量的方法）描述了許多器官樣品中成千種蛋白的磷酸化模式，為此，他們發(fā)明了一個(gè)術(shù)語，即磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)（phosphoproteomics）。在近的一項(xiàng)研究中，他們分析了大腦不同區(qū)域中的對(duì)阿片類藥物作出反應(yīng)的信號(hào)通路激活。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們使用了近開發(fā)的一種被稱作EasyPhos的方法。

為了理解阿片類藥物如何起作用，人們必須了解它們對(duì)大腦的影響。論文作者Jeffrey Liu說，“利用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)，我們一次能夠分析50000多個(gè)磷酸化位點(diǎn)，并獲取大腦樣品中所有有活性的信號(hào)通路圖譜。我們發(fā)現(xiàn)在接觸阿片類藥物后1000多種信號(hào)通路發(fā)生變化，這顯示出這些藥物對(duì)大腦中的信號(hào)通路的全局影響。”之前的方法不能大規(guī)模地捕獲蛋白磷酸化，并且遺漏了許多重要的已開啟或關(guān)閉的信號(hào)通路。

磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)---一種多功能的工具

Liu說，“在我們的研究中，我們研究了大腦中負(fù)責(zé)導(dǎo)致阿片類藥物發(fā)揮止痛等效果的信號(hào)通路激活。相反之下，其他信號(hào)通路的平行激活會(huì)導(dǎo)致不良副作用。”

這些研究人員使用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)來測(cè)量這些導(dǎo)致有益效果和副作用的信號(hào)通路的活躍程度。來自因斯布魯克醫(yī)科大學(xué)的與Liu和Mann合作開展這項(xiàng)研究的Christoph Schwarzer，著重關(guān)注阿片類藥物在大腦中激活的這些級(jí)聯(lián)信號(hào)。在開發(fā)新藥期間，這些數(shù)據(jù)可用于鑒定出具有強(qiáng)大治療效果且較少副作用的潛在物質(zhì)。此外，這項(xiàng)研究還顯示了通過干擾級(jí)聯(lián)信號(hào)降低副作用的前景。因此，這項(xiàng)研究為阿片類藥物引入了一種新的概念。當(dāng)前的阿片類藥物是強(qiáng)效的止痛藥，但很快導(dǎo)致成癮。因此，迫切需要新型非成癮性阿片類藥物。
想象一下，大腦中的蛋白是一家公司，磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)允許這些研究人員一次性關(guān)注所有員工的活動(dòng)，而不是專注于少數(shù)幾個(gè)人。質(zhì)譜法可成為一種研究大腦或其他器官中藥物靶點(diǎn)的有力工具。Mann說：“在美國(guó)，當(dāng)前與阿片類藥物有關(guān)的死亡流行病是一個(gè)令人震驚的例子，它表明處方藥具有成癮性等強(qiáng)烈副作用的潛在后果。通過質(zhì)譜法，我們能夠在全局水平上了解藥物的影響，并簡(jiǎn)化副作用較小的新藥開發(fā)。”Mann解釋道，新藥的設(shè)計(jì)僅是磷蛋白質(zhì)組學(xué)的許多潛在應(yīng)用之一，并預(yù)測(cè)這種方法也可用于產(chǎn)生關(guān)于細(xì)胞如何使用它們的指揮鏈來處理信息以及藥物對(duì)其他器官中的影響的知識(shí)。
天普大學(xué)路易斯卡茨醫(yī)學(xué)院的Lee-Yuan Liu-Chen博士及其團(tuán)隊(duì)使用兩種藥物進(jìn)行了行為實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它們具有相似的鎮(zhèn)痛效果，但它們的副作用水平差異很大。這些研究人員分析了經(jīng)過兩種藥物處理的動(dòng)物大腦種的磷酸化蛋白質(zhì)組差異，發(fā)現(xiàn)這些差異來源于少數(shù)信號(hào)通路。抑制其中的一種信號(hào)通路能夠極大地減少一些副作用。


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