基于iTRAQ定量蛋白质组学技术的苦马豆素中毒家兔生物标记物筛选

Swainsonine (SW) is a sort of toxic component in poisonous plants such as Astragalus L., Oxytropis DC and etc. Oxytropis glabra, belonging to Oxytropis DC, is one of main poisonous plants in natural grasslands which were distributed in the both shores of the Tarim River. Because of drought, however, more and more enlarging the distribution area of the pant recently is constantly causing livestock poisoning events, which led to huge amount of capital losses in Xinjiang Production and Construction Corps and Xinjiang Uighur Autonomous Region every year. Since it is a natural inhibitor of α-mannosidase, the expression level of SW usually is a basis for deciding livestock SW intoxication. But, previous studies showed that α-mannosidase expression level and the degree of inhibition by SW are both different in various tissues, thus α-mannosidase is not a perfect biomarker. In present research, we will screen biomarker(s) of liver organelles and serum (including glycoprotein) using isobaric stable isotope tags and two-dimensional liquid chromatography-tandem mass spectrometry (iTRAQ-2DLC-MS/MS) based quantitative proteomic analysis in SW-toxic rabbits. Then the screened biomarkers will be verified in sheep by real-time PCR and Western blot to further determine the drug target(s) of the herbivorous livestock and establish the substantial foundation for the clinical diagnosis and therapy of SW-toxic herbivorous livestock.

苦马豆素是棘豆属与黄芪属等有毒植物的主要毒性成分。其中小花棘豆是新疆草原草场的主要毒草，主要分布于塔里木河两岸的天然草地。近年来由于干旱，其分布面积不断扩大，家畜中毒事件频发，以致新疆生产建设兵团与自治区每年都承受着巨额的经济损失。由于苦马豆素是α-甘露糖苷酶的天然抑制剂，其表达量常被用来监测动物是否苦马豆素中毒的依据，但研究表明动物不同组织产生的α-甘露糖苷酶被苦马豆素抑制的程度不同，而且不同组织所表达的α-甘露糖苷酶的水平也不同。因此，该酶并非理想的中毒标记物。为进一步完善苦马豆素中毒的分子机制，本项目拟以苦马豆素中毒家兔为研究对象，应用基于iTRAQ的定量蛋白质组学技术，筛选苦马豆素中毒家兔血清及肝脏亚细胞器的新生物标识，然后应用real-time PCR与Western blot等技术通过羊进行验证，鉴定草食家畜苦马豆素中毒生物标记物，为苦马豆素中毒的诊断及治疗奠定坚实的理论基础。

土地荒漠化正促使棘豆属与黄芪属等有毒植物大量繁殖,由此导致放牧家畜疯草病正威胁着畜牧业的可持续性发展。这些有毒植物的主要毒性成分为苦马豆素。本研究以家兔为主要研究对象,通过基于iTRAQ的定量蛋白质组学技术在血清、肝脏及其亚细胞器、脑等组织筛选潜在的生物标志物。重要结果如下(在95%的置信区间)：.肝脏：共检测到2114种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比165种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）, 139种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.肝细胞核：共检测到959种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比55种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）,69种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.肝细胞膜：共检测到1395种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比166种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）,97种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.肝细胞质：共检测到934种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比95种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）, 84种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.肝细胞线粒体：共检测到878种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比68种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）, 69种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.脾脏：共检测到2846种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比167种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）, 148种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.脑：共检测到2346种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比89种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）, 98种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.血清：共检测到184种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比39种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）, 37种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.肾脏：共检测到2794种蛋白,其中苦马豆素中毒组与对照组相比105种蛋白显著下调（<0.67倍,P<0.05）, 52种蛋白显著上调（>1.5倍,P<0.05）。.这些差异表达蛋白作为潜在生物标志物,对疯草病的早期诊断及治疗,尤其是对疯草病发病机理的研究提供了新的实验依据。