Nat Biotechnol：利用个性化磷蛋白组学揭示人体肌肉细胞中的哪些蛋白对增加运动后的糖吸收最为关键

2021年12月19日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自澳大利亚悉尼大学和丹麦哥本哈根大学的研究人员开发出一种新的方法来确定我们细胞中的哪些蛋白对增加运动后的糖吸收最为关键---这是运动的一个重要好处，可以帮助维持良好的血糖水平。相关研究结果于2021年12月2日在线发表在Nature Biotechnology期刊上，论文标题为“Personalized phosphoproteomics identifies functional signaling”。

通过使用称为质谱法的前沿技术直接测量人体肌肉中的蛋白，这些作者发现每个人都有自己独特的蛋白活性“指纹”。

他们开发的方法可以识别不同研究参与者的蛋白变化，就像糖吸收一样。利用这种方法，他们发现了一种机制：在胰岛素刺激后，运动增加了肌肉对糖的吸收，从而为这个复杂的过程提供了新的理解。

论文共同通讯作者、悉尼大学查尔斯-帕金斯中心的David James教授说，“我们都知道，运动对我们有好处，但它也有助于预防特定的疾病。例如，它提高了我们的肌肉在饭后从血液中吸收糖分的能力。当这个过程失败时，前驱糖尿病（prediabetes）出现了---这是许多疾病的风险因素，包括心脏病、2型糖尿病和某些类型的癌症。科学家们还不知道是什么原因导致了前驱糖尿病，但如果他们知道的话，他们就可以设计出药物，在引发疾病之前治疗这种症状。”

打开蛋白的“通道”

肌肉对糖的吸收是由一组称为蛋白的分子机器完成的。这个过程始于小分子蛋白胰岛素与脂肪细胞和肌肉细胞表面上的受体蛋白的结合。这引发了细胞内数千种蛋白信号---磷酸化---的级联反应。最终，这些磷酸化信号打开了蛋白的“通道”，从而将糖带入细胞。

目前，我们知道在前驱糖尿病中，这些信号中有许多是有缺陷的，但我们不知道哪些是最需要修复的。论文共同第一作者、悉尼大学博士生Elise Needham说，一个关键的挑战在于磷酸化的复杂性，“运动涉及数以千计的磷酸化信号的变化，我们不知道哪些是调节运动有益影响的最重要因素。”

为了应对这一挑战，这些作者开发出一种叫做“个性化磷蛋白组学（personalised phosphoproteomics）”的方法。这是将实验和计算分析相结合，通过利用人类表型的差异将信号转导与生物功能联系起来。利用这种方法，他们发现了一种新机制，人类肌肉细胞通过这种机制协调对运动和胰岛素的反应。

质量控制和参与者特异性的人类磷蛋白质组差异，图片来自Nature Biotechnology, 2021, doi:10.1038/s41587-021-01099-9。

他们测量参与者对干预措施（比如运动）的磷蛋白组反应，并同时测量相应的表型。通过利用这种方法研究运动如何增强人类骨骼肌中的胰岛素信号，他们确定了参与葡萄糖代谢的蛋白上已知的和以前未确定的磷酸化位点（phosphosite）。这包括mTOR和AMPK之间的合作关系，前者直接将后者的S377位点磷酸化，基于此他们了发现它在代谢调节中的作用。这些结果确立了个性化磷蛋白组学作为一种研究复杂生物学背后的信号转导的通用方法。

论文共同通讯作者、悉尼大学查尔斯-帕金斯中心的Sean Humphrey博士说，“个体之间的差异意味着磷酸化存在相当大的生物差异，就像分子‘指纹’一样。这降低了识别最重要反应的可能性。我们没有将其视为一个障碍，而是将其作为自己的优势。”

这些作者还认为这种技术可以帮助识别其他重要的分子开关。比如，在未来，个性化磷蛋白组学将能够对患病细胞和健康细胞进行比较，从而有助于揭示复杂疾病的原因。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Elise J. Needham et al. Personalized phosphoproteomics identifies functional signaling. Nature Biotechnology, 2021, doi:10.1038/s41587-021-01099-9.