《Food Chemistry: X》：Label-free quantitative proteomics analysis of sea cucumber (
Apostichopus japonicus) from different origins using data-independent acquisition mass spectrometry
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为解决海参地理标志品质的蛋白质组学基础不明及传统DDA质谱技术存在离子选择偏倚、低丰度蛋白重现性差和覆盖度有限等问题，研究人员利用定制的非标记DDA文库指导的DIA工作流程，对200头中国不同产地（辽宁、山东、福建）海参进行了定量蛋白质组学分析。研究鉴定出6278个蛋白，发现64个差异表达蛋白（DEPs），揭示了以精氨酸生物合成为核心的通路差异，并鉴定出精氨酸酶和谷氨酰胺合成酶等潜在产地鉴别标志物。该工作为探索海洋食品地理分化的蛋白质组学基础提供了新框架，并将氮代谢与区域品质差异联系起来。
海参，尤其是刺参（Apostichopus japonicus），因其营养丰富且在东亚传统医药和饮食中的应用而备受推崇。在中国市场上，辽宁产的海参以其更优的胶原蛋白完整性和质地而享有更高的市场价格。然而，这种地域性品质差异背后的分子基础，即蛋白质组层面的具体调控机制，尚不清晰。此前，利用数据依赖性采集质谱进行的地理蛋白质组学研究，面临着随机离子选择偏倚、低丰度蛋白重现性差以及覆盖度有限等技术瓶颈，难以全面、精确地揭示海参种群的地理适应性蛋白谱。
为破解这一难题，并建立更可靠的海洋食品产地溯源框架，由大连工业大学食品科学与技术学院等多个单位的研究人员组成的团队，在《Food Chemistry: X》上发表了他们的研究成果。他们旨在通过更先进的质谱技术，深入解析辽宁与非辽宁（主要包括山东和福建）产海参在蛋白质表达层面的根本差异。
为了回答上述问题，研究人员开展了一项大规模的比较蛋白质组学研究。他们建立了一个定制的、非标记的、基于数据依赖性采集（DDA）光谱库指导的数据非依赖性采集（DIA）质谱分析工作流程。该研究纳入了200个商业养殖的海参样本，其中80个来自辽宁省，120个来自山东省和福建省。研究人员从海参体壁组织中提取蛋白质，经过滤辅助样品制备进行胰蛋白酶消化，随后利用高分辨质谱仪进行DDA光谱库构建和DIA数据采集。DIA数据通过与定制的海参特异性光谱库进行比对分析，最终实现了对海参蛋白质组的深度、无偏定量。
3.1. 基于非标记DDA文库指导的DIA进行蛋白质鉴定
研究人员构建的DDA光谱库包含60,593条独特肽段和8,198个蛋白质。应用DIA工作流程后，从200个样本中共鉴定出6,278个蛋白质。与之前研究中采用的序列窗口采集所有理论碎片离子（SWATH）模式或基于MaxQuant软件的非标记定量方法相比，本研究鉴定出的蛋白质数量高出约一个数量级，显示出DDA-DIA方法在检测深度和覆盖度上的显著优势，甚至达到了与传统多重标记策略（如TMT、iTRAQ）相当的检测水平，同时避免了标记策略的样本处理复杂性和高成本问题。
3.2. 差异表达蛋白质（DEPs）分析
主成分分析显示，辽宁与非辽宁样本的蛋白质表达谱在三维空间中存在清晰分离。研究人员共鉴定出64个初步筛选的差异表达蛋白，其中12个在经过了错误发现率校正后仍具有统计学显著性（高置信度DEPs）。这些DEPs包括在辽宁样本中上调表达的谷氨酰胺合成酶和下调表达的精氨酸酶、胶原酶等。
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氮代谢与应激适应：精氨酸酶的显著下调与谷氨酰胺合成酶的上调，共同指向了辽宁海参独特的氮代谢重编程。这可能有助于其在渤海海域年温差大、环境胁迫更强的条件下维持氮稳态和应激适应。
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胶原稳定性与质地：基质金属蛋白酶-1（MMP-1，一种胶原酶）在辽宁样本中的显著下调，为其胶原蛋白降解率降低、结构更稳定提供了直接的分子解释，这可能是辽宁海参体壁质地更紧实、胶原完整性更高的关键原因。
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脂质代谢与风味：脂酶的差异表达提示不同产地海参可能存在脂质利用或信号传导机制的差异，这可能影响其游离脂肪酸谱，进而与区域性的风味特征相关联。
3.3. 差异表达蛋白质（DEPs）的基因本体论（GO）注释分析
GO注释分析从生物过程、分子功能和细胞组分三个层面揭示了DEPs的功能特征。在生物过程中，“代谢过程”和“细胞过程”是DEPs最集中的类别，这表明地理差异显著影响了基础细胞代谢。在分子功能层面，“催化活性”和“结合”占主导地位，与观察到的代谢过程富集相呼应。细胞组分分析显示，膜系统和细胞外基质相关的DEPs较多，暗示地理差异可能影响跨膜运输、信号传导以及体壁胶原网络结构。
3.4. DEPs的京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析
KEGG通路富集分析揭示了DEPs在几个关键通路中显著富集：
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精氨酸生物合成：该通路富集最为显著，进一步支持了精氨酸-谷氨酰胺代谢轴在辽宁海适应环境中的核心作用。
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氮代谢、丙氨酸/天冬氨酸/谷氨酸代谢及乙醛酸/二羧酸代谢：这些代谢通路的富集，共同构成了辽宁海参应对环境挑战（如低温、可能缺氧）的互补性代谢适应策略，涉及氨解毒、碳骨架循环和无氧能量供应。
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双组分系统：该通路的富集表明辽宁海参可能进化出了更强的环境感知与信号转导能力，以应对渤海剧烈的温度波动。
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坏死性凋亡：该通路的差异可能反映了不同产地海参在应对区域特异性病原微生物或进行组织重塑时，采用了不同的调控性细胞死亡策略。
研究结论与意义
本研究通过建立一个定制的非标记DDA-DIA蛋白质组学工作流程，成功刻画了辽宁与非辽宁产海参之间的系统性蛋白质组差异。研究发现，辽宁海参独特的品质特征（如优越的质地）可能与其特定的蛋白质表达模式紧密相关，特别是涉及氮代谢重编程（精氨酸生物合成通路）、胶原降解抑制（MMP-1下调）以及增强的环境应激响应（双组分系统、谷氨酰胺合成酶上调）等方面。研究鉴定出的64个DEPs，尤其是精氨酸酶和谷氨酰胺合成酶等，为未来开发基于分子标志物的海参产地鉴别技术提供了潜在的候选靶点。这项工作不仅为理解海洋食品“风土”（terroir）效应的蛋白质组学基础提供了创新性分析框架，也将氮代谢等核心生物学过程与海参的地理品质差异直接联系起来，为食品真实性认证和品质评估奠定了重要的科学数据基础和方法学参考。然而，文章也指出，本研究提出的蛋白质特征与商业品质性状（如质地）之间的关联是基于数据整合的推断，未来需要将蛋白质组学分析与具体的质地测量、胶原特性分析及环境参数在同一队列样本中进行直接整合，以验证这些机制并建立因果关系。
