CN103901212A - 一种基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种唾液中糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片及其应用,其中糖芯片至少包括NA2F、LNDFI、Lewis-Ytetrasaccharide、LNDFII、Gal、4β-Gal及Lac糖探针的组合,用该糖芯片制备检测唾液中糖结合蛋白的变化的试剂盒,以及利用该糖芯片检测唾液中糖结合蛋白的变化的应用。本发明利用糖探针的组合能非损伤,快速鉴别唾液中糖结合蛋白的变化,为非损伤性鉴别肝炎、肝硬化与肝癌提供新方法。

Description

一种基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片及其应用
技术领域
本发明涉及一种鉴别疾病的糖芯片,具体涉及一种基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片。 
背景技术
国际癌症研究机构的最新资料表明,肝癌是全球最常见的五种恶性肿瘤之一,2008年全球肝癌患者74.9万,死于肝癌的患者69.5万,其中中国肝癌患者40.2万,死于肝癌的患者37.2万(http://globocan.iarc.fr/)。据中国卫生部《2012中国卫生统计年鉴》显示,2011年恶性肿瘤高居我国主要疾病死亡率的首位,而其中肝癌位居恶性肿瘤死亡率的第二位(http://www.moh.gov.cn)。肝癌死亡率高的原因之一是当前肝癌的确诊通常是在晚期,因而错过了最佳的治疗时期,而且临床诊断后患者平均生存时间不到12个月。甲胎蛋白(Alpha-fetoprotein, AFP)是目前肝癌诊断的特异性指标,但AFP测定存在假阳性和假阴性的问题。约20%的晚期肝癌患者,直至病故前,AFP测定仍为阴性。病理组织学检查仍是目前诊断的金标准,但鉴于组织学检查固有的缺陷如损伤性检查、不能动态检测、存在取样差异等。因此寻求非损伤性检查,进行肝癌早期诊断,是防控肝癌的关键。 
随着社会的进步,科学技术的发展,人们对医学检查的要求也越来越高,要求无创、简便、快速的疾病检查诊断方法。与血清标本相比,唾液采集安全方便、无创伤和无血源性疾病传播的危险。而且近年来,唾液作为临床样本已被广泛应用于多种疾病诸如艾滋病、自身免疫性疾病、酒精性肝硬变、囊性纤维病、糖尿病、心血管病、龋病等的药物水平监测、病情监控和疗效评价当中。研究发现肿瘤发生时,蛋白质和脂分子糖基化的异常导致糖链发生了结构和数量的改变,相应地和这些糖链相互作用的糖结合蛋白(glycan- binding protein, GBP)的表达也发生异常改变。从变化的唾液糖结合蛋白中可以找到与疾病相关的生物标志物,而基于唾液检测的新技术和新方法也会逐渐成为今后非侵袭性临床诊断发展的一个方向。随着分子生物学及细胞生物学的发展,糖结合蛋白被更多的研究者所关注,糖结合蛋白通过和糖蛋白糖链或糖脂糖链的相互作用调控细胞识别、信号传递、细胞内吞以及细胞生长、分化和凋亡等生物学行为。在肝细胞GBP的研究方面已发现了一些GBP,其中有代表性的是位于肝细胞表面的去唾液酸糖蛋白受体或肝的Gal/GalNAc受体,通过该受体蛋白与糖链的相互识别和特异性结合,而使去唾液酸糖蛋白运入细胞内。 
我国90%以上的肝癌为肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma, HCC),75%~80%的HCC发病与肝脏慢性病毒性感染有关。目前研究表明:在肝病的炎症、硬化、癌变的过程中患者肝组织和血清中发生了糖蛋白糖链结构和功能的改变,同时也伴随着相关糖结合蛋白数量和种类的改变。糖链因其结构复杂和功能多样,包含了巨大的信息量,当与之相关的糖结合蛋白发生改变时,翻译后的修饰过程即会出现糖链修饰紊乱等情况,就会产生严重的后果。如在病理状态下,由于糖代谢酶类活力的改变或缺陷,可使糖蛋白上的糖链表达水平发生异常,导致细胞功能失常,甚至出现恶性发展。 
生物芯片现已成为快速、高效、高通量取得相关信息的重要手段。随着糖生物学及糖组学研究的进展,糖芯片正发展成为糖生物学及糖组学新兴的检测工具。糖芯片检测样品用量少、高通量、灵敏度极高,并且可以与多种检测手段整合使用,可以快速、准确检测出待测样本中糖结合蛋白数量及种类的差异,因而可大大提生物芯片结果检测、分析的速度和效率,是一种新型的快速、高效的鉴别病症的手段。 
 糖芯片是通过固定于芯片上的糖探针与样品中糖结合蛋白特异性结合研究糖结合蛋白与糖链相互作用的最有效的高通量分析工具,其潜在的应用范围非常广泛,例如筛选糖结合蛋白、抗体特异性分析、细菌和病毒的粘附以及酶的特性分析等方面,也能帮助研究者发展新的诊断方法和监测疾病状态以及发展治疗疾病的药物。而凝集素芯片是通过固定于芯片上的凝集素探针与样品中糖蛋白糖链特异性结合,可以高通量地检测出样品中糖蛋白糖链结构和连接方式的变化,是研究糖蛋白糖链结构变化最有效的分析工具之一,其有助于发展新的诊断和监测疾病的方法。两者相比,除检测的对象不同外,糖芯片具有比凝集素芯片检测灵敏度高的特性;而凝集素芯片的制备较糖芯片简单,成本较低。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片及其应用,其能非损伤,快速鉴别唾液中糖结合蛋白的变化,为非损伤性鉴别肝炎、肝硬化与肝癌提供新方法。 
本发明的技术解决方案是: 
    一种基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片,包括测试糖探针组,其特殊之处在于:所述测试糖探针组至少包括NA2F、LNDF I、Lewis-Y tetrasaccharide、LNDF II、Gal、4β-Gal及Lac糖探针的组合。
 一种上述糖芯片的应用,其特征在于:用于检测唾液中糖结合蛋白的变化。 
 上述测试糖探针组还包括Man、Man-9 Glycan、NeuAc、Lewis-b tetrasaccharide、2′-Fucosyl-D-lac、3α-Fucosyl-N-acetylglucosamine、Lac、N-Acetyl-D-lactosamine、Xyl及GlcNAc糖探针的组合 
    一种上述糖芯片的应用,其特征在于:用于检测唾液中糖结合蛋白的变化。
 上述测试糖探针组还包括Lewis-b tetrasaccharide、NeuAc、4β-Gal、NA2F、LNDF I及GalNAc糖探针的组合。 
一种利用上述糖芯片制备检测唾液中糖结合蛋白的变化的试剂盒。 
一种上述糖芯片的应用,其特征在于:用于检测唾液中糖结合蛋白的变化。 
一种基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片,包括测试糖探针组和对照探针,其特征在于:所述测试糖探针组包括Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ组,所述Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ组分别是NA2F、LNDF I、Lewis-Y tetrasaccharide、LNDF II、Gal、4β-Gal及Lac糖探针的组合,Man、Man-9 Glycan、NeuAc、Lewis-b tetrasaccharide、2′-Fucosyl-D-lac、3α-Fucosyl-N-acetylglucosamine、Lac、N-Acetyl-D-lactosamine、Xyl及GlcNAc糖探针的组合,以及:Lewis-b tetrasaccharide、NeuAc、4β-Gal、NA2F、LNDF I及GalNAc糖探针的组合。 
一种利用上述糖芯片制备检测唾液中糖结合蛋白的变化的试剂盒。 
一种上述糖芯片的应用,其特征在于:用于检测唾液中糖结合蛋白的变化。 
本发明的有益效果是:能非损伤,高通量,快速鉴别唾液中糖结合蛋白的变化,为非损伤性鉴别肝炎、肝硬化与肝癌提供新方法。 
附图说明
图1为糖芯片上糖探针布局图; 
图2为健康人(H),乙肝(HB),肝硬化(HC)和肝癌(HCC)患者唾液糖结合蛋白荧光检测结果。
具体实施方式
1、实验部分 
1.1 试剂与材料
    甘氨酸,磷酸氢二钠,磷酸二氢钠,吐温-20和蛋白酶抑制剂均购自美国Sigma-Aldrich公司。牛血清白蛋白(BSA)购自德国Merck公司。Cy3荧光均购自美国Amerhsma公司。其他化学试剂均为分析纯级别,在使用前没有经过进一步纯化。所有实验用水都为经Milli-Q50纯水系统(美国Millipore公司)处理的超纯水。Sephadex G-25柱脱盐购自美国GE Healthcare公司。芯片杂交盒购自美国Bio-Rad 伯乐公司。其它常见玻璃器皿均为国产。41种糖 (具体名称见表1)分别购自Sigma-Aldrich公司、德国Merck公司。
表1 糖探针名称及结构 
Figure 746792DEST_PATH_IMAGE001
Figure 2014101223670100002DEST_PATH_IMAGE002
Figure 539299DEST_PATH_IMAGE003
Figure 2014101223670100002DEST_PATH_IMAGE004
Figure 319036DEST_PATH_IMAGE005
Figure 2014101223670100002DEST_PATH_IMAGE006
1.2 实验仪器
电热鼓风干燥箱:天津泰斯特公司;高压灭菌锅:日本TOMY公司;超速冷冻离心机5804R:德国Eppendorf公司;微量核酸蛋白测定仪:德国Implen公司;生物芯片扫描仪4000B:美国Axon公司;芯片点样仪:博奥晶芯SmartArrayer48点样仪;芯片杂交箱HL-2000:美国UVP公司。
1.3 研究人群和全唾液采集 
志愿者无其它疾病,一周之内没有服用任何药物。已确诊的乙肝患者45例,乙肝后肝硬化患者35例和乙肝致肝癌患者35例。(表2)由于肝病患者平均年龄为57-65岁,30例健康志愿者平均年龄为62岁。每组中A, B, AB和O型血型的个体比例一致,以保证唾液糖蛋白糖链不受血型的影响。饭后两小时,约9点到10点之间,生理盐水漱口三次后迅速采集自然分泌的全唾液。唾液采集至少1 ml并立即置于冰上,加入蛋白酶抑制剂(每毫升唾液加入1μL)防止蛋白降解。
表2 乙肝患者,乙肝后肝硬化患者和肝癌患者情况表 
Figure 589611DEST_PATH_IMAGE007
附注表1:ALT, 丙氨酸转氨酶;AST, 天冬氨酸转氨酶。
1.4 唾液蛋白处理和荧光标记 
收集到的全唾液经12 000 rpm 4 °C离心10 min后吸取上清弃去不溶沉淀物。上清再经0.22 μm孔径的滤膜过滤掉细菌和其他微生物。为了减小个体差异并归一化个体样本,按照不同分组每例样本各取100 μL混合,BCA法蛋白定量。混合样本经Cy3荧光染料标记后用Sephadex G-25除盐柱去掉游离荧光。标记好的蛋白准备用于糖芯片孵育。个例样本用于唾液芯片的点制。
1.5糖芯片和数据分析 
1.51糖芯片的制备
将未处理的玻片用无水乙醇清洗三次,每次10 min。离心甩干后,将玻片浸泡入250 mL 10% NaOH溶液中,摇床上轻摇反应,避光过夜。反应后,超声15 min,再用超纯水清洗四次,每次2 min,无水乙醇清洗两次,每次2 min。离心甩干后,再将玻片浸泡到200 mL 10% GPTS溶液中,摇床上轻摇,避光反应3h。反应后,超声清洗15 min,无水乙醇清洗三次,每次10 min。离心甩干后,芯片的环氧化修饰完成。
取适量4-羟基苯甲酰肼溶于DMF中,配制成浓度为20 mmol/L溶液,将环氧化修饰的玻片浸泡其中,25℃反应3 h。反应完成后,用DMF清洗玻片2次,每次2 min,无水乙醇清洗4次,每次2 min,离心甩干后将玻片置于真空干燥箱中,37℃干燥3 h。最后将修饰好的羟基化玻片放置于4℃干燥器中保存备用。 
制备好的糖芯片的点样设计如图2, 每张芯片共分为三个矩阵,每个矩阵规格为12*12,每个样品点重复四次。 
1.52糖芯片的孵育及数据分析 
(1)糖芯片的封闭
将点制好的糖芯片从4 ℃干燥器中取出,回温。首先用PBST、PBS各清洗玻片一次,每次3 min,离心甩干。将糖芯片与700 μL封闭缓冲液在芯片杂交盒中孵育,25℃旋转反应1 h。封闭结束后用PBST、PBS各清洗玻片两次,每次3 min,甩干。用Genepix4000B芯片扫描仪扫描封闭后芯片,检查封闭效果。
2)唾液样本的糖芯片检测 
将荧光标记的唾液蛋白5μg与孵育缓冲液混匀(比例约1:9),并在盖玻片均匀加载700μL,盖上封闭后的糖芯片,于芯片杂交仪中25℃避光旋转孵育3 h。孵育结束后用PBST、PBS各清洗玻片两次,每次5 min,离心甩干。
3)数据的扫描与分析 
使用Genepix4000B芯片扫描仪扫描芯片,GenePix3.0软件从芯片扫描结果图圈点分析后,导出GPR文件,根据其中的数据信息进行分析。原始数据中小于两倍背景标准偏差的值去掉,每张芯片上每个样本九个重复点的有效值再取平均值(AS),每组平均值表示为组内每个样本平均值(AS)的均值(AG)±标准偏差(SDG)。
2、结果部分 
2.1 乙肝、肝硬化和肝癌患者唾液糖结合蛋白的变化
利用糖芯片分别对健康志愿者、乙肝、肝硬化和肝癌患者唾液进行检测,通过专业软件获取芯片数据并归一化处理后,首先将三组肝病结果与健康组结果进行比较,即每个糖对应的归一化后荧光强度(NFI)在乙肝(HB)、肝硬化(HC)和肝癌组(HCC)分别比健康组(H)得到Fold-change值。我们认为Fold-change >1.3和Fold-change < 0.6为肝病患者相较于健康人在唾液中上调和下调表达的糖结合蛋白。
结果如下: 
(1)41种不同的糖链对各组唾液总蛋白中的糖结合蛋白均有不同程度的识别,说明在整个肝癌发生发展的过程中,唾液中的糖结合蛋白均发生了变化。
(2)分别有20种,20种和26种糖链识别的在HB、HC和HCC患者唾液中差异表达。(表3和图2)其中多数属于岩藻糖化的糖链、唾液酸化的糖链、半乳糖型糖链 和甘露糖型糖链,说明岩藻糖化的糖链、唾液酸化的糖链、半乳糖型糖链 和甘露糖型糖链识别的糖结合蛋白在肝癌发生发展过程中,其表达发生着显著的变化。 
(3)经过对表3中数据的筛选,设计了一套用于鉴别肝系列病的探针组合。(表4) 
表3:乙肝、肝硬化和肝癌患者唾液糖蛋白糖链谱糖结合蛋白的表达
Figure 2014101223670100002DEST_PATH_IMAGE008
Figure 403984DEST_PATH_IMAGE009
Figure 2014101223670100002DEST_PATH_IMAGE010
表中数据表示该组的糖芯片结果中每个糖链对应NFI相对于对照组NFI的Fold-change值。HB,乙肝;HC,肝硬化;HCC,肝癌;―,无显著差异。
本发明糖探针筛选的结果,参见表4:表4 
Figure 101812DEST_PATH_IMAGE011
Figure 2014101223670100002DEST_PATH_IMAGE012
Figure 368846DEST_PATH_IMAGE013

Claims (10)

1.一种基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片,包括测试糖探针组,其特征在于:所述测试糖探针组至少包括NA2F、LNDF I、Lewis-Y tetrasaccharide、LNDF II、Gal、4β-Gal及Lac糖探针的组合。
2.根据权利要求1所述基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片,其特征在于:所述测试糖探针组还包括Man、Man-9 Glycan、NeuAc、Lewis-b tetrasaccharide、2′-Fucosyl-D-lac、3α-Fucosyl-N-acetylglucosamine、Lac、N-Acetyl-D-lactosamine、Xyl及GlcNAc糖探针的组合。
3.根据权利要求1所述基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片,其特征在于:所述测试糖探针组还包括:Lewis-b tetrasaccharide、NeuAc、4β-Gal、NA2F、LNDF I及GalNAc糖探针的组合。
4.一种基于唾液糖结合蛋白鉴别肝系列病的糖芯片,包括测试糖探针组和对照探针,其特征在于:所述测试糖探针组包括Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ组,所述Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ组分别是NA2F、LNDF I、Lewis-Y tetrasaccharide、LNDF II、Gal、4β-Gal及Lac糖探针的组合,Man、Man-9 Glycan、NeuAc、Lewis-b tetrasaccharide、2′-Fucosyl-D-lac、3α-Fucosyl-N-acetylglucosamine、Lac、N-Acetyl-D-lactosamine、Xyl及GlcNAc糖探针的组合,以及:Lewis-b tetrasaccharide、NeuAc、4β-Gal、NA2F、LNDF I及GalNAc糖探针的组合。
5.一种权利要求1所述糖芯片的应用,其特征在于:用于检测唾液中糖结合蛋白的变化。
6.一种权利要求2所述糖芯片的应用,其特征在于:用于检测唾液中糖结合蛋白的变化。
7.一种权利要求3所述糖芯片的应用,其特征在于:用于检测唾液中糖结合蛋白的变化。
8.一种权利要求4所述糖芯片的应用,其特征在于:用于检测唾液中糖结合蛋白的变化。
9.一种利用权利要求2所述糖芯片制备检测唾液中糖结合蛋白的变化的试剂盒。
10.一种利用权利要求4所述糖芯片制备检测唾液中糖结合蛋白的变化的试剂盒。
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