《Journal of Inherited Metabolic Disease》：Untargeted Proteomics Profiling of Liver and Plasma in Fed and Fasted Liver-Specific Glycogen Storage Disease Type Ia (GSD Ia) Mice: Toward Potential Protein Biomarkers
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这篇研究通过非靶向蛋白质组学技术，系统分析了肝细胞特异性G6pc敲除（GSD Ia）小鼠在进食与禁食状态下肝脏和血浆的蛋白表达谱。研究揭示了疾病状态下碳水化合物与脂质代谢、补体与凝血级联、蛋白酶体等关键通路的改变，并筛选出在肝脏与循环中均发生一致变化的多个潜在蛋白生物标志物（如UGP2、ALDOB、FASN、SERPINA1E、PSMA4等），为GSD Ia患者的无创监测和并发症风险评估提供了新的线索。
引言：探寻罕见代谢病的监测新窗口
糖原贮积症Ia型（GSD Ia）是一种罕见的常染色体隐性遗传性碳水化合物代谢障碍，由葡萄糖-6-磷酸酶-α（G6PC1）缺乏引起。患者面临危及生命的空腹低血糖、肝肿大等一系列急性症状，以及肝细胞腺瘤（HCA）、肝细胞癌（HCC）等长期并发症风险。由于临床和生化表现存在异质性，开发可靠的生物标志物对于疾病预后和监测至关重要。蛋白质因其较代谢物更长的半衰期，成为有吸引力的生物标志物候选。然而，肝脏作为相对难以获取的组织，限制了其直接监测。本研究旨在通过分析肝细胞特异性G6pc敲除（L-G6pc?/?）小鼠模型，在进食（模拟良好控制状态）和禁食（模拟控制不佳状态）条件下，对肝脏和血浆进行非靶向蛋白质组学分析，以探寻能够反映肝脏状态、可用于无创监测的循环蛋白生物标志物。
材料与方法：一套完整的蛋白质组学工作流程
研究建立了一套完整的非靶向蛋白质组学工作流程，用于鉴定和定量肝特异性GSD Ia小鼠与野生型对照小鼠肝脏组织和血浆中的蛋白质。流程主要包括三个步骤：样本收集与制备、数据采集以及数据分析。具体而言，使用液相色谱-高分辨率质谱联用（LC-FAIMS-MS）技术进行分析。数据通过Spectronaut软件进行处理，使用EdgeR包进行差异分析，并通过主成分分析（PCA）、热图、火山图和受试者工作特征（ROC）曲线等方法进行可视化与统计评估。KEGG通路分析用于揭示差异表达蛋白涉及的生物学过程。
结果一：GSD Ia显著重塑肝脏与血浆蛋白质组
对进食和禁食状态下的GSD Ia与野生型小鼠进行比较，在肝脏和血浆中均鉴定出大量显著变化的蛋白质。主成分分析显示，无论是肝脏还是血浆样本，均能根据营养状态和基因型清晰区分各组。在肝脏中，GSD Ia引起的差异在禁食条件下更为显著。通路分析揭示，与野生型相比，GSD Ia小鼠肝脏中变化最显著的蛋白质主要涉及碳水化合物和脂质代谢、蛋白酶体、核糖体、NAD+代谢以及线粒体相关通路。而在GSD Ia小鼠血浆中，蛋白质的下调主要集中于补体和凝血级联反应通路。
结果二：锁定肝脏-血浆共变潜在生物标志物
研究重点关注在肝脏和血浆中呈现相同变化趋势的蛋白质，认为它们有潜力作为反映肝脏状况的循环生物标志物。这些候选蛋白主要集中于以下几个功能类别：
- 1.
碳水化合物与脂质代谢：包括UGP2、ALDOB、FASN、LDHA、ME1、PYGL、GPI1、FBP1、ACLY、SCP2、ENO1B和FH1等12种蛋白，在GSD Ia的肝脏和血浆中均显著上调。这与此前已知的GSD Ia中糖原、乳酸、脂肪酸等代谢物积累的病理特征一致。图4直观展示了这些变化蛋白在糖酵解/糖异生、糖原合成及脂质合成通路中的分布。
- 2.
补体与凝血级联：在血浆中，该通路是变化最显著的通路之一，共有12种蛋白显著下调。其中，SERPINA1E、C8b和MBL2在肝脏中也呈现类似的下调趋势。这或许与GSD Ia患者临床上常见的凝血功能障碍和异常出血倾向相关。图5A总结了这些变化。
- 3.
20S蛋白酶体亚基：在血浆中，有9个蛋白酶体亚基上调。其中，PSMA4、PSMA7和PSMB5在肝脏中也同样上调。循环蛋白酶体（c-proteasomes）水平升高已在肝细胞癌（HCC）患者中被报道作为早期生物标志物，因此这些蛋白可能有助于评估GSD Ia患者的HCC风险。图5B展示了相关变化。
此外，研究还新发现了GSD Ia小鼠肝脏中一些此前未被充分报道的变化通路，包括NAD+代谢、药物及外源物代谢、化学致癌作用、遗传毒性以及类固醇激素合成等，进一步揭示了疾病可能涉及的复杂病理生理机制。
结果三：禁食加剧特定代谢紊乱并提示监测新组合
将禁食GSD Ia小鼠视为代谢控制不佳的模型，研究发现了一些在禁食状态下特异性增强的变化。在肝脏中，涉及脂肪酸氧化（FAO）、胆固醇代谢、电子传递链（ETC）、氧化磷酸化系统（OXPHOS）和过氧化物酶体等通路的蛋白质变化更为显著。例如，复合物I-IV的21个亚基蛋白在禁食GSD Ia小鼠肝脏中上调，提示线粒体功能可能发生改变。载脂蛋白APOC1、APOC3和APOE的上调也与禁食状态下加剧的高脂血症和肝脏脂肪变性表型相符。图6和图7的热图及总结图详细展示了这些禁食特异性的变化。
在血浆中，研究发现了8个在禁食GSD Ia小鼠中特异性上调的蛋白。通过ROC曲线分析发现，ORM2、SDHA和SAA1这三个蛋白单独即具有出色的区分能力，而将它们组合成一个生物标志物面板时，其曲线下面积（AUC）达到1，展现出极佳的敏感性与特异性，有望用于监测GSD Ia患者的代谢控制状况。
讨论与展望：从机制探索到临床转化的桥梁
本研究首次在肝特异性G6Pase缺陷小鼠中，平行分析了进食与禁食状态下肝脏和血浆的蛋白质组，系统性地将观察到的蛋白变化与GSD Ia的长期并发症风险联系起来。图8综合展示了这些蛋白变化与肝肿大、非酒精性脂肪肝病（NAFLD）、肝细胞腺瘤/癌（HCA/HCC）等并发症之间的潜在关联网络。
所筛选出的潜在生物标志物各有侧重：碳水化合物/脂质代谢相关蛋白（如ALDOB、FASN）可能用于监测代谢紊乱和NAFLD风险；补体/凝血蛋白（如SERPINA1E、C8b）或与凝血功能障碍相关；蛋白酶体亚基（PSMA4、PSMA7、PSMB5）则显示出作为HCC风险早期评估指标的潜力。而禁食特异性组合（ORM2、SDHA、SAA1）为评估代谢控制水平提供了新工具。这些发现与近期两项GSD Ia患者血浆蛋白质组学研究的结果有交叉印证（如ALDOB），但也存在物种差异（如蛋白酶体变化），提示了未来在患者队列中进行验证和精细化调整的必要性。
当然，本研究存在一定局限性，例如小鼠模型处于疾病早期，未出现肝脏肿瘤；质谱技术对蛋白的检测存在偏好性；且所有潜在生物标志物的临床相关性仍需在GSD Ia患者队列，特别是接受基因治疗（如AAV8-G6PC、mRNA疗法、碱基编辑疗法）的患者中进行纵向验证。然而，这项研究无疑为理解GSD Ia的病理机制打开了新的窗口，并为开发无创、可靠的预后与监测工具奠定了坚实的基础，有望最终改善这一罕见病患者的长期临床管理。
