21世纪初，随着人类基因组计划的完成，蛋白质组学的研究逐渐成为当前生
物学研究的一个中心领域。伴随着生物信息学的发展及质谱鉴定技术的提高，蛋
白质组学技术逐渐成为研究蛋白质功能的一个强大工具。作为一种新的研究手段，
蛋白质组学技术已用于研究1型
糖尿病（T1DM）、2型糖尿病（T2DM）、胰岛素抵
抗的发病机制以及抗糖尿病药物的开发。美国国立卫生研究院（NIH）于2003年启
动了T1DM的蛋白质组学研究，其初级目标是促进蛋白质组学技术在T1DM及其并发
症中的应用，同时这项计划的开展有助于开发新药，鉴定新的标志物或者药物靶
点，探索炎症在疾病发生过程中的作用。
■应用于T1DM的研究逐渐深入
T1DM是一种多基因、多病因的自身免疫性疾病，发病特点是选择性而且不可
逆地破坏胰岛β细胞，导致胰岛素产生障碍，患者终生需要外源性胰岛素。尽管
对于T1DM的发病机制研究了很多年，却未发现任何一个基因或者蛋白对T1DM产生
绝对性的主导作用。
目前认为，导致T1DM的初始发病机制是，白介素（IL-1）、病毒、某些化合
物、营养因素、
遗传等体内外因素导致胰岛β细胞产生抗原，这些抗原被吞噬细
胞吞噬后，在辅助性T淋巴细胞Th1的作用下继续激活其他吞噬细胞的这种作用，
从T细胞和吞噬细胞释放的细胞因子IL-1β、干扰素（IFNγ）、
肿瘤坏死因子（
TNF-α）诱导产生一氧化氮（NO）和自由基，从而对β细胞产生细胞毒作用，导
致胰岛受损，使疾病进行性发展。
随着蛋白质组学技术和质谱鉴定蛋白质技术的发展，科研人员对T1DM胰岛蛋
白质的研究逐渐深入。与T1DM发病机制直接相关的蛋白质组学研究非常少，但是
进展仍然是鼓舞人心的。Winer对NOD小鼠和糖尿病患者进行研究，通过SELDI-TOF
-MS的质谱技术鉴定出胰岛Schwann细胞Langerhans细胞分泌自身抗体，刺激胶质
纤维酸性蛋白，发现T1DM发病机制中存在自发免疫系统对抗胰岛神经组织的途径。
SWISS-2DPAGE数据库中已经收录了正常小鼠包括胰岛组织等多种组织器官的二维
电泳研究结果。针对T1DM的发病机制，各种体内和体外的蛋白质组学研究形成了
一个复杂而又详细的蛋白质表达图谱。
在体外实验中，科研人员主要是通过细胞因子IL-1β对胰岛细胞表达变化进
行研究。尽管T1DM的发病机制复杂，现有的研究远没有了解到涉及T1DM发病机制
中所有的蛋白，但是β细胞在T1DM中的不良状态是针对T1DM研究的一个窗口，目
前主要的研究方向是充分地了解损伤后效应。国外研究人员通过体外研究发现，
β细胞成熟过程中在2239个蛋白点中发现了135个存在差异变化，其中74个下调，
44个上调，16个消失，1个新生蛋白。通过MALDI-MS质谱鉴定出93个蛋白，其中
22个与先前的研究完全相同，很多蛋白存在着1个以上的点，这是翻译后修饰的
结果，这些翻译后修饰的蛋白是研究T1DM发病机制的潜在靶位。
环境因素对T1DM有着举足轻重的作用，蛋白质组学是了解蛋白谱表达变化的
有力工具，尤其是IL-1β介导的T1DM。如病毒感染、毒素、
新生儿过早服用牛奶
等这些环境因素有可能与那些有倾向形成T1DM基因群体的胰腺相互作用并形成自
身免疫疾病，这也是今后蛋白质组学研究的一个重心。
由于直接在人类进行T1DM的发病机制研究受限，通过动物模型了解T1DM的发
病机制就具有非常重要的意义。目前有两种自发性糖尿病动物模型(NOD小鼠、BB-
DP大鼠)广泛应用于糖尿病综合征的研究，这两种动物模型与人类T1DM的发病机
制最为相似。
通过这两种动物模型，T1DM的蛋白质组学有了迅速的发展。1990年，Hughes
JH研究IL-1β对胰岛的作用，发现3个蛋白发生了变化，分子量分别是45、50、65
kDa。1991年，WelshN发现在IL-1β刺激后出现蛋白HSP70，并通过双向电泳和免
疫沉淀的方法得以证实。Andersen通过蛋白质组学的研究方法即双向电泳、质谱
及生物信息学，建立了WistarFurth(WF)大鼠胰岛蛋白数据库，共包括约1800个
蛋白点。对经过IL-1β刺激培养的胰岛细胞研究后，发现105个蛋白点存在差异变
化。鉴定这105个蛋白点，将有助于在分子水平上了解β细胞的破坏情况以及T1DM
的发病机制。MoseLarsenP第一次全面地在蛋白质的水平上对IL-1β介导的β细胞
破坏进行了系统的研究，大约有60％的蛋白点已经被鉴定出来。这些已鉴定出来
的蛋白点可以归为以下几类：能量转换及氧化还原作用、糖分解信号通路、蛋白
质合成、分子伴侣及蛋白质折叠、信号转导、调节、分化和凋亡。
■对阐明T2DM病理生理学机制有重要作用
糖尿病患者中大部分是T2DM，这些患者的胰岛素水平或者增高，或者正常，
或者轻微降低，同时伴有不同程度的胰岛素抵抗以及不同程度β细胞功能障碍来
补偿这种抵抗，在基础状态下不易形成酮血症。
针对胰岛素作用、胰岛素分泌、肝糖原合成、脂肪细胞功能的蛋白质组研究，
对T2DM的病理生理学机制的阐明产生了重大影响。近年来，科研人员除了继续关
注已知的糖尿病相关基因外，还采用如定位克隆和基因组分析等新的实验方法研
究T2DM。例如，采用定位克隆的方法，在患有T2DM的墨西哥裔美国人群中，发现
定位在2q37钙激活中性蛋白酶10上存在着单核苷酸多态性（SNPs），第二个基因
定位在染色体15上，其作用是促进该SNPs的变化引发T2DM。
通过蛋白质组学的手段分析T2DM患者与正常人之间的组织和血清的蛋白质表
达谱变化，可确定与胰岛素抵抗、脂肪细胞因子、β细胞功能障碍、肝糖产生异
常以及最终的并发症有关的蛋白。国外研究发现，在正常小鼠胰岛存在与阿尔茨
海默症有关的蛋白，这一结果提示这些蛋白可能是诱发T2DM的潜在因素。
最近有人对正常人和T2DM患者的骨骼肌进行了蛋白质组学分析，显示出蛋白
质组学研究工具的强大威力。这项研究发现骨骼肌中有8个潜在的T2DM标志蛋白。
值得一提的是，在糖尿病患者骨骼肌中存在两个与ATP合成有关的蛋白表达降低，
分别为肌酸激酶B和ATP合酶β亚基。同时指出，是这两种蛋白的表达变化导致了T
2DM，还是糖尿病本身诱导了它们的表达变化有待确认。
为了阐明胰岛素的作用机制以及胰岛素抵抗的病理生理学特点，小鼠3T3-L1
成纤维细胞系被广泛应用于蛋白质组学的研究领域。例如有人首先通过32P标记3T
3-L1成纤维细胞，然后进行双向电泳，比较用抗钙调素的抗体进行免疫沉淀前后
的变化发现，胰岛素没有刺激钙调素的磷酸化，而是刺激其他蛋白的磷酸化。表
达人胰岛素受体NIH3T3细胞系也被用于蛋白质组学的研究，科研人员通过研究胰
岛素刺激后各种蛋白的磷酸化变化，发现这些蛋白是受体激酶活性的底物。
动物模型的研究同样有助于了解T2DM的发病机制。研究人员对7周龄Zucker
瘦鼠与肥鼠的脂肪细胞二维电泳研究发现，两种生脂组织（肝脏和白色脂肪组织
）存在一个28kDa的胞浆蛋白改变，而在骨骼肌中不存在。蛋白质结构分析发现，
这个蛋白是碳酸酐酶III(CAIII)，在肥胖动物中活性降低。由于降低CAIII活性可
以被链脲霉素导致的低胰岛素血症逆转，提示CAIII的活性在高胰岛素血症的过程
中降低。另一项对肥胖形成过程中脂肪细胞丙酮酸羧化酶的表达水平的研究认为，
丙酮酸羧化酶与Zucker大鼠的生脂活性相关，表现出增高的丙酮酸羧化酶水平可
被链脲霉素降低，因此提示高胰岛素水平诱导丙酮酸羧化酶活性增加。
无论是T1DM还是T2DM，其治疗的主要目的是使血糖水平正常化，防止并发症
的发生发展。蛋白质组学的发展及其在糖尿病学领域的应用，对了解糖尿病的病
理生理学分子基础及治疗无疑是非常有价值的，同时也为预防大血管和微血管并
发症提供了重要信息。当前，糖尿病领域的研究者所面临的巨大挑战是如何利用
这项新技术并结合其他相关分子生物学技术进一步了解糖尿病的发病机制，发现
新的药物靶点，寻找合适的预防和治疗方法来增进人类的健康。
（李平平 申竹芳）
作者：
2006-6-13