小鼠从婴儿期到成年期的多器官蛋白质组研究

小鼠从婴儿期到成年期的多器官蛋白质组研究

小鼠从婴儿期到成年期的器官发育是一个复杂而精细的过程，涉及数千种分子的动态变化和精确协调。为了深入理解这一过程中的分子机制，研究团队对小鼠的十个主要器官进行了全面的蛋白质组学分析，揭示了从婴儿期到成年期的蛋白质动态变化规律。

实验设计

研究团队选择了C57BL/6JN小鼠作为实验对象，在其出生后第1、4和8周（1W、4W、8W）三个关键发育阶段，分离出脑、心脏、肺、肝、肾、脾、胃、肠、肌肉和皮肤等十个主要器官，并进行了蛋白质组学分析。这一设计涵盖了从婴儿期到成年期的发育过程，能够全面反映早期生命多器官发育的关键阶段。

主要发现

1. 十个器官的蛋白质组动态变化

研究共检测到11556个蛋白质，其中肌肉在8周时检测到4097个蛋白质，肺在1周时检测到8541个蛋白质。数据跨越大约十个数量级，表明蛋白质的高度动态性质。同性器官的生物重复样本之间的相关性平均为0.974，显示了数据的稳定性。

器官间相关性研究发现，大脑与其他器官具有显著区别。肺、脾、胃和皮肤四个器官的蛋白质组学数据显示出更高的相关性，平均Pearson相关系数为0.851。跨年龄研究发现，除肠道、肌肉和皮肤外，7个器官在4周与8周之间的相关性高于1周与4周或1周与8周之间的相关性。

2. 与年龄相关的差异蛋白

通过对每个器官的蛋白质组数据进行方差分析，发现肺中差异表达蛋白（DEP）数量最多（5455个），其次是皮肤、肾脏、脾脏和脑。KEGG富集分析显示，年龄相关的DEP主要富集于剪接体、氧化磷酸化和胰岛素信号等信号通路。

进一步分析发现，在所有器官中都存在115种与年龄相关的发育蛋白质。这些DEP的t分布随机邻域嵌入（t-SNE）聚类表明，所有样品均按器官类型和年龄阶段聚集。MFuzz分析表明，在10个器官发育过程中，115个DEP中有68个上调，而47个DEP在器官发育过程中下调。

3. 特定器官的蛋白质组特征

研究发现，脑部特有的DEP数量最多（675个），其次是肺脏、脾脏、肠、皮肤、肾脏、肝脏和胃。心脏和肌肉特有的DEP数量均低于100个。这些DEP所涉及的前五条通路主要参与器官特异性功能，如肾脏特有的与年龄相关的DEP参与尿酸转运、碳水化合物转运和肾脏系统过程。

4. 年龄特有蛋白质

研究发现一些蛋白质显示出时间模式，并且只在特定时间表达。例如，胰岛素样生长因子II（Igf2）在1W时存在于所有10个器官中，但在4W或8W中没有表达，表明Igf2不仅对胎儿生长至关重要，而且可能在出生后的发育中继续发挥作用。

5. 性别二态性蛋白

研究还分析了不同发育阶段雄性和雌性之间的性别相关DEP变化。发现肝脏与其他器官共表达的性别相关DEP数量最多。在1周时，肌肉和肝脏具有最多的DEP（435个）。4周时，肝脏和肠道中共表达的DEP数量最多（219个）。8周时，皮肤和肝脏中共表达的DEP数量最多（304个）。

结论

本研究通过全面的蛋白质组学分析，揭示了小鼠从婴儿期到成年期的器官发育过程中的蛋白质动态变化规律。研究发现剪接体蛋白在多个器官的早期生命发育中普遍发挥关键的调节作用，并检测到器官特异性的表达模式和性别二态性。这些发现为理解器官发育和成熟过程中的分子机制提供了重要的参考。