全 文 ：第23卷 第8期
2011年8月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 23, No. 8
Aug., 2011
文章编号：1004-0374(2011)08-0796-08
脂肪组织蛋白质组学研究进展
刘春东，王宇祥，王　宁，李　辉*
(东北农业大学动物科学技术学院，哈尔滨 150030)
摘　要：脂肪组织不仅是机体的能量储存库，而且也是重要的内分泌器官。脂肪组织分泌多种激素和细胞
因子，参与调节机体多种生理和病理过程。目前飞速发展的蛋白质组学技术，为深入研究脂肪发育的分子
机制及其代谢紊乱发生的遗传机理提供了有力的工具。对蛋白质组学在脂肪组织中的研究进展进行了综述，
为脂肪组织的发育调控及代谢疾病的治疗提供了新的思路。
关键词：脂肪组织；蛋白质组学；脂肪细胞分化；肥胖症
中图分类号：Q542；Q503；Q813 文献标志码：A
Research advances on proteomics of adipose tissue
LIU Chun-Dong, WANG Yu-Xiang, WANG Ning, LI Hui*
(College of Animal Science and Technology, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)
Abstract: Adipose tissue not only maintains energy balance, but also functions as a crucial endocrine organ. It can
secrete different kinds of hormones and cytokines that involved in many physiological and pathological processes.
The rapid developing proteomic technologies provides powerful tools for our understanding of the mechanisms of
adipose development and obesity. This review summarizes research progresses on molecular mechanisms of adipose
tissue development, which provide new ideas for the regulation development of adipose tissue and treatment of
metabolic disease.
Key words: adipose tissue; proteomics; adipocyte differentiation; obesity
收稿日期：2011-04-03； 修回日期：2011-05-10
基金项目：现代农业产业技术体系建设项目
(nycytx-42)；黑龙江省高等学校科技创新团队建设计
划项目
*通信作者：E-mail: lihui@neau.edu.cn; Tel: 0451-
55191516
脂肪组织不仅是体内贮存能量的主要场所，维
持着机体的能量平衡。同时，脂肪组织还具有强大
的内分泌功能，能够分泌多种激素和细胞因子，从
而发挥着广泛而重要的生物学功能 [1]。脂肪组织代
谢异常则会引起一系列的重要疾病，如脂肪在机体
内过度沉积所导致的肥胖症，目前已成为继心脑血
管病和癌症之后威胁人类健康的第三大疾病 [2]。
随着蛋白质组学的发展，不少研究者尝试直接
从生命功能的执行者——蛋白质入手，研究脂肪的
形成、发育以及肥胖发生时蛋白质种类、数量、功
能的变化，进而探索脂肪组织发育的机制和相关疾
病的治疗策略。
目前脂肪蛋白质组学研究已取得较大的进展
(表 1)，其研究内容主要包括在生理和病理条件下，
脂肪组织、脂肪细胞或脂肪细胞亚细胞器中蛋白质
表达谱的建立及差异比较，以及脂肪细胞分化和脂
肪代谢紊乱状态下，差异表达蛋白的挖掘及鉴定等
方面 [3]。本文详细阐述了蛋白质组学在脂肪组织生
长发育和脂肪组织代谢紊乱等方面的研究进展。
1　脂肪组织蛋白质组学
1.1　脂肪蛋白质组学图谱的建立
尽管脂肪组织富含大量的脂质，蛋白质含量相
对较少，样品制备比较困难，但在科研人员的不懈努
力下，不同物种的脂肪组织蛋白质图谱已逐步建立。
Cortón等 [4]通过添加羟乙基二硫化物提高了
刘春东，等：脂肪组织蛋白质组学研究进展第8期 797
脂肪蛋白质碱性 pH区域的分辨率，第一次显示了
人类脂肪组织蛋白质的双向电泳图谱。在此基础上，
Cortón等 [5] 又运用荧光差异双向电泳技术 (two-
dimensional difference gel electrophoresis, 2D-DIGE)
分析了人的腹部脂肪组织，检测出 1 840个蛋白点。
Lanne等 [6]通过在裂解液中添加硫脲的方法，极大
地增加了脂肪组织蛋白质的溶解性，提高了疏水性
蛋白、高分子量蛋白和低丰度蛋白的检出率，建立
了小鼠白色脂肪组织的双向电泳图谱，并通过质谱
鉴定了 140个蛋白质，这一实验为脂肪组织在肥胖、
血脂代谢障碍等代谢疾病方面的研究奠定了基础。
随后，猪、牛、鸡等畜禽的脂肪组织蛋白质图
谱也逐步建立。何强 [7]建立并优化了香猪脂肪组织
蛋白质的制备方法，获得了较好的双向电泳图谱，
分离了约 1 000个蛋白点。Ikegami等 [8]建立了牛的
白色脂肪组织双向电泳图谱，分离了约 879个蛋白
点。Wang等 [9]第一次建立了高、低脂系肉鸡腹部
脂肪组织蛋白质图谱，分离了约 1 000多个蛋白点。
脂肪组织蛋白质图谱的建立为进一步研究脂肪
组织生长发育的调控机制奠定了基础；但采用双向
电泳技术 (two-dimensional electrophoresis, 2-DE)进
行的蛋白质组学分析具有一定的缺陷，主要原因是
2-DE很难分析出低丰度、极酸性、极碱性的蛋白。
然而，随着 2-DE技术的改进及蛋白质组学技术的
飞速发展，脂肪组织蛋白质图谱必将更加完善。
1.2　脂肪组织功能蛋白质组学
1.2.1　正常生理条件下的脂肪组织功能蛋白质组学
脂肪组织分泌蛋白因子参与能量代谢、免疫和
炎症反应、发育和生殖等生理、病理活动。通过蛋
白质组学全面分析研究这些分泌因子，有利于系统
了解脂肪组织的功能，并为脂肪代谢紊乱的治疗提
供帮助。
Alvarez-Llamas等 [10]运用细胞培养条件下稳
定同位素标记技术 (stable isotope labeling with amino
acids in cell culture, SILAC)研究了人内脏脂肪组织
的分泌蛋白质组，一共鉴定了 259个蛋白，其中有
108个包含相同的一个分泌信号肽，被认为是分泌
蛋白；这 108个蛋白中有 70个与培养液中添加的
标记相吻合，被认为是真正由脂肪组织分泌的蛋白。
这 70个分泌蛋白根据功能分为五类：39%的蛋白
参与调节细胞外基质，27%的蛋白与信号调节有关，
14%的蛋白参与降解，11%的蛋白执行免疫功能，
其余一些蛋白执行其他功能。Birner-Gruenberger等
[11]采用荧光活性标签模拟脂类酶作用底物来标记小
鼠脂肪组织的蛋白质组，然后通过 2-DE和液相色
谱结合串联质谱技术来鉴定细胞内所有已知的脂肪
酶及一些新的候选脂肪酶。该研究共鉴定出了 23
个脂解酶，构建了小鼠脂肪组织的第一张脂解蛋白
质图谱，并为脂肪组织的功能研究奠定了基础。
1.2.2　非正常生理条件下的脂肪组织功能蛋白质组学
Von Eyben等 [12]采用高通量芯片技术研究了皮
下和腹部内脏脂肪的 mRNA和蛋白质表达谱，发
现内脏脂肪在代谢综合征 (主要包括肥胖、2型糖
尿病等 ) 的发病中起主导作用。因此，对代谢紊乱
的脂肪组织进行蛋白质组学分析，寻找其分子标记
物或者新的药物靶点，可以为治疗肥胖、2型糖尿
病提供更多帮助。
1.2.2.1　蛋白质组学在肥胖症研究中的应用　　目
前对肥胖患者与正常人，或者高、低脂系动物模型
的脂肪组织进行比较蛋白质组学分析是研究肥胖的
总体策略[13-15]。凌雁等[14]采用2-DE技术研究肥胖者
与非肥胖者腹部皮下及内脏脂肪组织的差异蛋白质
组，结果鉴定出膜联蛋白II、单酰甘油脂肪酶等8
个差异蛋白，它们主要参与细胞信号转导、代谢以
及生长分化过程，推测这些差异表达的蛋白可能与
肥胖的发生有一定的关系。Takahshi等[15]通过2-DE
等方法，分析了新西兰胖鼠与C57BL/6J低脂系鼠
皮下脂肪组织的差异蛋白，发现细胞色素b5、超氧
化物歧化酶以及两个与碳酸酐酶Ⅲ同源的蛋白发生
了表达变化，实验表明，这4种蛋白都与脂类代谢
有关。Wang等[9]通过2-DE分析了高脂系与低脂系肉
鸡腹部脂肪组织，筛选出20个差异表达的蛋白点，
质谱鉴定出包括突触融合蛋白2、鸟嘌呤核苷酸结
合蛋白、酰基辅酶A脱氢酶长链、热休克蛋白酶I、
端粒末端转移酶、脂肪酸结合蛋白4、波形蛋白等
15个蛋白，这些差异蛋白主要参与脂肪细胞骨架的
形成、脂类代谢以及氧化还原等生物学过程。
在肥胖症治疗方面，Claret等 [16]首次证实钨
酸盐作用于棕色脂肪组织，可以增加全身能量的消
散，抑制体重的增加。在此基础上 Barcel-Batllori
等 [17]运用 2D-DIGE的方法，分析钨酸盐处理的肥
胖组小鼠和正常肥胖小鼠的蛋白质组，以及钨酸盐
处理的低脂系小鼠和正常低脂系小鼠的蛋白质组，
发现钨酸盐可以直接作用于 PGC-1α(peroxisome
proliferator-activated receptor γ coactivator 1α)蛋白并
使其上调。
1.2.2.2　蛋白质组学在2型糖尿病研究中的应用　
　尹晓等[18]比较分析了2型糖尿病患者和正常对照
生命科学 第23卷798
者的脂肪组织蛋白谱，发现3个差异极其显著的蛋
白，推测它们与2型糖尿病相关。List等[19]通过高脂
饲喂C57BL/6J小鼠，诱导其成为2型糖尿病模型，
然后分析处理组与对照组小鼠的皮下脂肪组织蛋白
质组，结果发现17个与能量代谢相关的差异表达蛋
白。这种非侵袭性的方法为我们提供了新的研究思
路，可利用皮肤的活组织检查，并结合蛋白质组学
分析技术来研究2型糖尿病。Lynch等[20]运用2-DE和
激光密度测定法分析了5~7周龄Zucker胖鼠和瘦鼠
的脂肪蛋白质，结果发现碳酸酐酶III这种胞浆蛋白
的浓度与肥胖呈负相关。另外该研究用免疫印记的
方法还证实了热休克蛋白27磷酸丝氨酸亚型、晶体
蛋白α磷酸纤维素亚型的存在，这一结果暗示热休
克蛋白家族可能参与了2型糖尿病的形成。
2　脂肪细胞蛋白质组学
2.1　脂肪细胞分化的蛋白质组学研究
脂肪细胞是由起源于胚胎期中胚层的多能干
细胞逐步分化发育而来的 [21]。在脂肪细胞分化过
程中，蛋白质的表达、修饰、种类及表达部位不断
发生变化，从而影响着细胞的功能 [22]。通过研究
脂肪细胞分化过程中的蛋白质变化，有望揭示脂肪
细胞分化的机制和某些蛋白质的功能。
Lee等 [23]通过 2-DE技术分析了人间充质干细
胞向脂肪细胞分化过程中的差异表达蛋白，发现 32
个蛋白表达水平不同。通过质谱鉴定了表达量上调
5倍以上的 8个蛋白点，推测其中突触融合蛋白 3、
氧类固醇结合相关蛋白 3、过氧化物酶体增殖激活
受体 γ和血型糖蛋白这 4种蛋白质与脂肪形成有关。
Chen等 [24]运用同位素标记相对和绝对定量 (iTRAQ)
技术，分析了人前脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化的
过程，发现了 420个分泌蛋白，此实验为后续的脂
肪功能研究奠定了基础。 Choi等 [25]在研究 3T3-L1
前体脂肪细胞向脂肪细胞分化时发现了分泌性蛋白
(脂联素 )、蛋白水解酶 (组织蛋白酶 D)等 8个表
达差异蛋白。同时发现 α2巨球蛋白片段在前脂肪
细胞中大量存在，但在成熟脂肪细胞中却检测不到，
研究证实细胞内的 α2巨球蛋白可以抑制脂肪细胞
分化。
综合上述研究结果，可以发现一些细胞骨架蛋
白、氧化还原蛋白和伴侣蛋白都参与了脂肪细胞分
化这一复杂的生理学过程。
2.2　脂肪细胞亚细胞器的蛋白质组学
亚细胞结构在细胞的生命活动中都与特定的细
胞功能相联系。分离、鉴定其在不同生理状态下的
蛋白质表达情况对于全面了解细胞的功能具有重要
意义 [26]。直接分析脂肪细胞亚细胞器的蛋白质表达
变化，能更容易的诠释脂肪细胞的功能。
Bartz等 [27]绘制了脂滴的全蛋白质组学图谱，
鉴定出 125个蛋白，其中 70个蛋白是第一次发现的。
同时他们对脂滴进行了磷酸化蛋白质组学分析，鉴
定了 7个蛋白，包括 1个与脂肪分化相关的 ADRP/
ADFD蛋白、2个 RAB蛋白和 4个脂类代谢关联蛋
白。Aboulaich等 [28]从人皮下脂肪组织中分离出细
胞质膜微囊，通过蛋白质组学分析发现聚合酶 I和
转录释放因子——PTRF(polymerase I and transcript
release factor)及它们的水解碎片都以磷酸化的形式
固定在细胞质膜微囊表面，此实验暗示脂肪细胞质
膜微囊具有将蛋白磷酸化的功能。Adachi等 [1]对
3T3-L1前体脂肪细胞的细胞核、线粒体、细胞膜、
胞质溶液的蛋白质组进行了大规模分析，并鉴定出
3 287个蛋白。这些蛋白参与代谢，催化，氧化还原，
蛋白质转录、翻译、转运，降解，脂肪酸代谢，脂
质合成等。
2.3　脂肪细胞功能蛋白质组学
2.3.1　脂肪细胞代谢相关的功能蛋白质组学
蛋白质组学在脂肪细胞代谢相关的分泌蛋白方
面的研究能为脂肪代谢紊乱的治疗提供理论支持 [29]。
Zvonic等 [30]通过 2-DE技术，比较了人皮下
脂肪源干细胞在未诱导和向脂肪细胞诱导两种条件
下分泌蛋白的表达水平变化，结果发现包括脂联素
和纤溶酶原激活抑制剂等 80多个蛋白点显现出 2
倍以上的表达量差异。该研究还发现了丝氨酸蛋白
酶抑制剂的存在，暗示丝氨酸蛋白酶抑制剂家族可
能参与了肥胖症和 2型糖尿病的形成。Morak等 [31]
发明了可以比较两种状态下脂解酶或酯酶活性差
异的DABGE(differential activity-based gel electro-phoresis)
技术。在此基础上，Schicher等 [32]运用 DABGE技
术比较分析了人皮下和腹部脂肪组织中脂解酶的活
性差异，发现 4种脂解酶在皮下脂肪组织中高表达，
推测这 4种酶的表达差异可能与皮下和腹部脂肪组
织的不同代谢功能有关。
2.3.2　脂肪细胞氧化应激相关的功能蛋白质组学
氧化应激容易造成脂肪细胞线粒体、内质网的
损伤，导致细胞发生炎症，最终影响脂肪细胞的功
能 [33]。研究脂肪氧化应激为了解脂肪肝的发生机制
奠定基础 [33]。
Choi等 [34]运用 (isobaric tag for relative and absolute
刘春东，等：脂肪组织蛋白质组学研究进展第8期 799
quantitation, iTRAQ)技术对缺氧和正常条件下小鼠的
3T3-L1脂肪细胞分泌的蛋白进行定量研究分析，最
终发现有 96个蛋白在缺氧条件下表达量上调，暗
示这些蛋白参与了脂肪氧化的应激反应，起到了去
除线粒体中活性氧、保护细胞对低氧的应激、保护
线粒体不被氧化破坏的作用。随后 Choi等 [35]又运
用无标记定量法分析在氧化应激条件下小鼠 3T3-L1
脂肪细胞所分泌的蛋白，发现有 8个蛋白表达量发
生变化，其中基质金属蛋白酶 2(MMP-2)、基质细
胞衍生因子 1(stromal cell-derived factor-1)、抵抗素
(resistin)、补体因子 D(CFD)表达量降低，而醛缩
酶 A、金属蛋白酶 2(TIMP-2)表达量增加，暗示这
些蛋白参与了脂肪细胞的氧化应激作用。
3　展望
综上所述，蛋白质组学在脂肪发生、分化等分
子机制方面的研究已经取得较大的进展，如利用蛋
白质组图谱对不同生理和病理状态下的脂肪组织及
脂肪细胞进行差异显示分析，寻找各种生理状态下
的分子标记物及潜在的调控通路等。然而，与肝脏
等蛋白质组学相比，脂肪组织蛋白质组学研究仍处
于初级阶段，如在差异蛋白的修饰、功能、亚细胞
定位及蛋白互作等方面的研究较少，而且一些低丰
度但具有重要作用的蛋白常常被忽略。此外，脂肪
组织代谢紊乱所引起的疾病 (如肥胖、2型糖尿病 )
是多因素共同参与的复杂疾病，其发病机制不可能
只依靠蛋白质组学方法就能完全解决，需要基因组
学、代谢组学、生物信息学等多学科相互辅助，相
互支撑。因此，今后的脂肪蛋白组学研究应该在增
加蛋白质翻译后修饰、低丰度蛋白富集及功能研究
的前提下，加强多学科交叉，以获得更大的突破。
相信随着蛋白质组学技术及其他学科的发展，脂肪
组织及肥胖相关疾病的研究将会更加深入及系统。
[参　考　文　献]
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分



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