唐氏综合征研究开辟新天地！科学家首次“全面分析”蛋白质

继不久前美国科学家发现唐氏综合征（又称“21-三体综合征”）与染色体上的关键结构——着丝粒有关后，最近，来自瑞士的一个研究小组又有了新的发现。该研究首次对21三体调节的蛋白质进行了全面的分析，有望解释唐氏综合征患者会出现各种不同症状的原因。

唐氏综合征是最常见的遗传疾病和严重出生缺陷病之一，大部分是由于母亲卵子的第21号染色体发生不分离现象（多了一条21号染色体）所造成的，其症状包括严重智力障碍、面容古怪、耳位低、眼距宽、颈部皮肤厚、肢体畸形等

10月31日，发表在Nature Communication杂志上的一项研究首次分析了21-三体综合征个体的蛋白质，目的是为了提高我们对“多一条21号染色体会如何影响人类发育”的理解和认识。

论文的共同通讯作者Stylianos E. Antonarakis教授说：“先前对唐氏综合征的研究主要集中在分析DNA和转录组（所有由我们基因组中的基因合成的信使RNA），然而，蛋白质是一类高信息分子，因为它们与唐氏综合征的临床症状更密切相关。对蛋白质进行分析有可能会提出关于‘21-三体综合征扰乱细胞机制’的新假说。”

1技术与方法

不过，唐氏综合征患者细胞与健康个体细胞之间的蛋白质差异很低，很难用传统的技术检测到，因此，从技术上来说，分析来自临床样本的所有蛋白质是一项非常困难的任务。在这项研究中，蛋白质组研究领域的世界级专家Ruedi Aebersold教授的加入为攻克这一难题带来了希望。

借助一种新型的质谱技术——SWATH-MS，科学家们成功对由皮肤细胞合成的10,000种蛋白中的4,000种进行了量化。

科学家们强调，这一研究的目的是为了分析由于基因异常带来的蛋白质差异，而不是分析由于个体差异引发的蛋白质差异。因此，在这项研究中，调查了来自一对女性双胞胎的成纤维细胞。除了一人患21-三体综合征，一人未患该病外，她们有着相同的遗传背景。

Proteome and proteostasis investigation on T21 fibroblast cells.（图片来源：Nature Communication）

2分析与结果

研究结果显示，不仅是21号染色体基因编码的蛋白质，其它染色体上基因编码的蛋白也表现出了显著的数量差异。21三体导致了过量的mRNA和蛋白质产生，从而对个体的细胞功能做出了异常调节。

研究中，科学家们还观察到了一种自我调节蛋白质生产（self-regulating protein production）的细胞机制。在正常情况下，这种机制能够帮助纠正较低的蛋白质过剩，调节蛋白质数量。但是，多余的21号染色体的存在使得这种机制不再能够控制细胞内蛋白质的数量。

此外，他们还发现，21三体还影响了细胞的多种子结构，尤其是线粒体。具体来说，构成线粒体的蛋白质被过度削减，影响了它们的正常运作。

Significantly regulated proteins and their network associated to T21. （图片来源：Nature Communication）

3意义与计划

总结来说，这项研究不仅在“通过蛋白质分析理解21-三体综合征”方面迈出了重要的一步，同时，它还证明了新技术的可行性，为开展同类研究奠定了基础，因为，这一技术可用于调查其它遗传疾病。

关于这项研究的下一步计划，Antonarakis教授表示，他们需要调查出负责唐氏综合征每一个特定症状的失调蛋白质。同时，他们还将用这些技术和方法继续调查被21三体严重影响的其它细胞类型，如神经元细胞或心脏细胞。