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高原環境對人類適應能力提出嚴峻挑战，尤其是低海拔人(ren)群(qun)遷移到高原后，容易出現(xian)慢性高原病。心肌损伤往往(wang)不可逆(ni)，而高原低壓缺氧環境容(rong)易誘发心肌細胞损伤，导致心肌病和心功能衰竭(jie)。然而，目前對高原心肌损伤的早期信號通路(lu)和保護策略的認识存在巨(ju)大空白。
血浆蛋白質組學可以反映心血管系統的生理状(zhuang)態(tai)，為高原心肌损伤的(de)病理生理機製研究提供新(xin)思路。2025年4月，军事医學研究院高月/周維團隊與上海(hai)交通(tong)大學吕海涛團隊在組學期刊Genomics Proteomics Bioinformatics（IF = 11.5）上发(fa)表題為(wei)“Plasma Proteomic Profiling Reveals ITGA2B as A Key Regulator of Heart Health in High-altitude Settlers”的最新(xin)研究，對(dui)从低海拔遷移到高原的低地人群進行血(xue)浆蛋白質組學分析，探究慢性低壓(ya)缺氧导致心肌损伤的分子機製，並尋找(zhao)潜在的治疗靶點和(he)药物。
高原心肌异常(chang)遷移者血浆蛋白質組(zu)學分析
研究招(zhao)募了134名(ming)低地(di)人群（出生並(bing)成长於海拔2000米以下的人群），分為平原對照組（P_N，n=30）與遷移至4500米高原組（n=104）；對於遷移(yi)至4500米高原組（n=104），進(jin)一步地根據血清中肌酸激(ji)酶同工酶水平將其分為高(gao)原心肌(ji)正常組（H_N，n=73）與高原心肌异常(chang)組（H_A，n=31）。
對这134份血浆樣本進行蛋白質(zhi)組學（DIA）分析，成功構建了高原心肌(ji)损伤的全面血浆蛋白質(zhi)組學圖谱，共鉴定出963個蛋白質組，蛋白(bai)質定量信息跨越(yue)7個(ge)数量級。三組共有蛋白質数目為659個，其中高原心肌异常組独有(you)蛋白質数目(mu)最多（134個）；慢性缺氧所导致的心肌损(sun)伤會顯著扰乱血浆蛋白質(zhi)組結構。
圖1 平原對照組與高原組血浆蛋白(bai)質組學特征(zheng)概覽
高原心肌异常(chang)遷移者血浆蛋白質組(zu)學分析
根(gen)據定(ding)量信息缺失值比例（<25%）筛(shai)選出575個蛋(dan)白質，以進一步比较三組間蛋白質表達(da)水平的(de)差异。差异分析表明，高原(yuan)心肌正常組與平原對照組之間存在61個差(cha)异表(biao)達蛋白，高原心肌异常組與高(gao)原心肌正(zheng)常組之間存在118個差(cha)异表(biao)達蛋白，高原心(xin)肌异常組(zu)與平原對照組之間存在193個差(cha)异表(biao)達蛋白。
血小板活化、糖酵解過程、氧化應激和碳代谢的富集顯著性在組間比较中呈遞(di)增趨勢(shi)：高(gao)原心肌(ji)正常組vs.平原對照組(zu)<高原心肌异常組vs.高(gao)原心肌(ji)正常組<高原心肌异常組vs.平原對照組(zu)，進一步提(ti)示(shi)高原心肌异常組存在(zai)心脏相關功能(neng)障碍。
根據蛋白質(zhi)豐度(du)將575個(ge)蛋白質分為(wei)7簇，不同簇的蛋白質在三組中呈(cheng)現不同的上(shang)下調模式。為了识(shi)別(bie)高原心肌异常組中(zhong)特有的(de)异常蛋白質，重(zhong)點關注第2簇/第4簇/第7簇蛋白質，这些蛋白質在高原心肌异常組中存在上調或下調趨勢。第2簇蛋白質在高原心(xin)肌异(yi)常組中下調，主要為免(mian)疫球蛋白。第4簇/第7簇蛋白質在高原心肌(ji)异常組中上(shang)調；功(gong)能富集分(fen)析顯示，第4簇/第7簇蛋白質主要(yao)富集於能(neng)量代谢、炎症反(fan)應(ying)和凝血相關通路，如糖酵解過程、整合素介导(dao)的信號通路、血液凝固以及線粒(li)體電子傳遞等生物學過(guo)程；这些功能與心肌(ji)损伤密切相關，進一(yi)步提示具有上調趨勢的蛋白質可能在高原心肌损伤中发挥(hui)重要作用。
圖2 三組間(jian)蛋白質豐度存在明顯差异
上調蛋白與居(ju)住時間和心肌酶的相關性分析
為探究高原移居時間對心(xin)肌损伤的影響(xiang)，研(yan)究根據高原停留時間劃分為(wei)三個阶段：1-3年/4-5年/6-11年。第4簇/第7簇絕大多数蛋白質（78種，占比74.3%）在各時間阶段(duan)均存(cun)在顯著差异，78種(zhong)蛋白質的表達(da)水平與高原停留時間呈弱负相關趨勢。随着停留時間(jian)延长，高原心肌异常組中异常高表(biao)達的蛋白質(zhi)可能呈現轻微下調趨勢。功(gong)能富集分(fen)析顯示，78種蛋(dan)白質主要富集於能量代谢、肌肉收縮、凝血、氧化應激(ji)及免疫相(xiang)關通路。
研究表明，高原心肌损伤人群中的上調蛋(dan)白在移居初期即(ji)已呈現高表達特征；随着(zhe)移居時間延长，其表達水平可(ke)能因(yin)機體適應性調節而轻微下調。
圖3 高原心肌异常組中失調的(de)蛋白質具有多重功能特性
高原心肌损伤關键蛋白的筛選與驗證
關注與心肌损伤相關的异常表達蛋白富集通路，包括正常生理過程（糖酵解(jie)、血小板活化和免(mian)疫系統(tong)）以及兩種疾病通路（流體剪切應力與動脉粥樣硬(ying)化、肥(fei)厚型心肌病/擴张型心肌病）。这些蛋(dan)白質含量的扰動主要源於慢性缺氧(yang)暴露，且(qie)高原心肌异常組的差异表達蛋白與高原心肌正常組相比普遍(bian)進一步升高。在上述通路中(zhong)，共鉴定出10種差异表達蛋白(bai)，包括(kuo)CALM1、ENO2、GSTP1、ITGA2B、ILK、PSME1、RHOA、TPM3、TPM4、TXN，在不同高原居(ju)住時长中均呈現顯著差异(yi)。
酶聯免疫吸附試驗表(biao)明，ITGA2B與ILK在高原心肌异常組中顯著上調。ITGA2B參與ss多種病(bing)理生理過程(cheng)，包括血(xue)小板活(huo)化、血(xue)壓調節和肥(fei)厚型心肌病。基於(yu)上述(shu)差异表達蛋白及ITGA2B–ILK信號(hao)轴，構建了高原心肌正常組與高原(yuan)心肌异常組人群的预測模(mo)型，发(fa)現(xian)ITGA2B–ILK信號轴(zhou)展現出卓越的(de)分類效能。為了驗證ITGA2B–ILK的區分能(neng)力，建立了独立隊列（高(gao)原心肌(ji)正常組，n=16；高原心肌异常組，n=16）；基於平行反應监測（PRM）靶向定(ding)量10種差异表達蛋白(bai)，結果顯示ITGA2B–ILK信號轴具有最佳分類(lei)效果。
圖4 與心肌损伤相關的關键通(tong)路(lu)中失調蛋白質受到高原環境影響
ITGA2B（整合素α-IIb）過表達加(jia)重长期(qi)缺氧导致的心脏损伤
研究人員構建了心肌特异性過(guo)表達ITGA2B的小鼠模(mo)型，在常(chang)氧条件下(xia)，ITGA2B過表達對小鼠心脏超聲心(xin)動圖(tu)參数无顯著影響；然而，經40天低壓缺(que)氧處(chu)理后，過表達(da)組出(chu)現顯著病理改變：室間隔舒(shu)张末期厚度和左室后壁舒张末期厚度顯著(zhu)增加。過表達組小(xiao)鼠心脏短轴縮短率下降更為顯(xian)著；心電圖分(fen)析顯示，低壓缺氧對照(zhao)組T波振幅升高，而過表達缺氧組(zu)T波振幅增幅更為(wei)顯著，提示ITGA2B過表達在缺氧条(tiao)件下可导致心功能异常並加重心肌肥厚(hou)。病理學觀察顯示過(guo)表達缺氧組小鼠(shu)心脏顏色加深、體积增大，心脏器系数顯著升高；HE染色顯示其右心(xin)室乳头(tou)肌細胞肥大、微血管(guan)增生，並出現微血栓形成和炎性細胞浸润。
細胞實驗(yan)表(biao)明，缺(que)氧条件下過表(biao)達ITGA2B的AC16細胞(bao)分泌肌酸激酶同工酶MB水平顯(xian)著升高；蛋白質組學分析顯示，ITGA2B過表達(da)主要影響缺氧条件下的蛋白表達(da)谱，而主成(cheng)分分析可明顯區分常氧與缺氧處理的對照組和過表達組(zu)細胞。ITGA2B過表達在(zai)常氧条件下對心(xin)肌細胞表型的影響有限，但在缺氧条件下可顯著(zhu)改變(bian)心肌細胞特性，加劇心脏(zang)結構與功能(neng)损伤。
圖5 ITGA2B過(guo)表達加劇慢性(xing)缺氧暴露下小鼠心脏的結構和功能损伤
ITGA2B過表達加重炎症反(fan)應與代谢紊乱(luan)
在缺氧条(tiao)件下的ITGA2B過表達細胞中，轉錄相關蛋白IPO8和HIST2H3A以及NF-κB信(xin)號通路相關蛋白MT2A顯著高表達(da)；細胞(bao)核内p65发生(sheng)聚集。在缺氧条(tiao)件下的ITGA2B過表達細胞(bao)及心脏組織中，磷(lin)酸(suan)化IκBα水平顯(xian)著升高；進(jin)一步實驗顯(xian)示，ITGA2B過表達可顯著提升缺氧条(tiao)件下細胞和心脏組織(zhi)中磷酸化ILK及p65蛋白水平。通過檢測早期(qi)缺(que)氧阶段白細胞介素6（IL-6）mRNA水平的上調，證實(shi)NF-κB轉錄活性的增強；然而随着缺氧時間延长，IL-6的mRNA水平呈現下降趨勢，可能(neng)與负(fu)反饋調節機製有關。
血浆蛋白質組學数據顯示，高原心肌异常組糖酵解相關蛋白表達上(shang)調(diao)。細胞糖酵解速(su)率檢測发(fa)現，ITGA2B過表(biao)達顯著提高基礎糖酵解水平(ping)；葡萄糖摄取實驗表(biao)明，缺氧条件(jian)下ITGA2B過表達顯著促進(jin)細胞(bao)對葡萄糖的摄取；乳酸含量和ATP水平的變化進一步證(zheng)實，ITGA2B過(guo)表達通過加劇缺氧状態下能量(liang)代谢由氧化磷(lin)酸化向糖酵解轉變，从而加(jia)重細胞代谢紊乱。
圖6 ITGA2B過(guo)表達加(jia)劇缺氧引起的炎症反應以及能量代谢紊乱
丹參酮ⅡA（TanⅡA）改善ITGA2B异常高表達引起的高原心脏损伤(shang)
丹參酮ⅡA因其在心血管疾(ji)病治疗中的廣泛應用(yong)引起了研究人員的關注。研究发現，丹參酮ⅡA治疗顯著改善(shan)過表達缺氧組和對照缺氧組小鼠的心脏超聲檢測結果(guo)；具體表現為室間隔舒张末期厚度和左室后壁舒张末期(qi)厚度顯著降(jiang)低，同時(shi)丹參酮ⅡA提高了(le)兩組小鼠心脏的射(she)血分数和縮短分数。HE染(ran)色結果顯示，經(jing)丹參酮ⅡA干预后過表達缺氧(yang)組和對照缺氧組心脏的病理损伤得到顯(xian)著缓解；Masson染(ran)色結果顯示，兩組小鼠右心(xin)室纖維化面积减少；心電圖結果表明(ming)，丹參酮ⅡA有效降低了心脏T波振幅；提示丹參酮ⅡA能够缓解ITGA2B過表達引发的高原(yuan)心脏結構與功能损伤(shang)。
機製研究顯示，丹參酮ⅡA降低了p65蛋白水平，與炎症(zheng)因子含量降低趨勢一致(zhi)；治疗(liao)后磷酸化ILK和ITGA2B水(shui)平(ping)下降，進一步支持ITGA2B-ILK與NF-κB p65的調控關系(xi)。分子動力學(xue)模擬和細(xi)胞熱轉移實驗進一步驗證丹參酮(tong)ⅡA與ITGA2B的(de)直接結合。
圖7 丹參酮ⅡA能(neng)够减轻由ITGA2B過表達所致的(de)在长期缺氧環境下引起的心脏結(jie)構和功能损伤
研究結论
本研究(jiu)招募(mu)了134名低地人群作為研究隊(dui)列，並對其血(xue)浆樣本進行(xing)了蛋白質組學分析；在高原心肌异常組中发現一組顯著上(shang)調(diao)的蛋白質，其中ITGA2B和ILK參與多種生物(wu)學過程，且對(dui)高原心肌异常組與高原心肌(ji)正常組具有顯著區分效應。研究進一步揭(jie)示了ITGA2B通過(guo)增強心脏組織中NF-κB的(de)轉錄活性誘(you)导心脏炎症的全新機製，这一機製會加劇慢性缺氧(yang)引发(fa)的心脏负荷過重。此外，研(yan)究发現丹參酮IIA能(neng)够缓解(jie)慢性缺氧下ITGA2B异常高表達导(dao)致的心(xin)脏功能损伤。这些发現不仅阐明(ming)了ITGA2B在缺氧条件下對心脏的损(sun)害效應及其潜在分子機製(zhi)，還(hai)為丹(dan)參酮IIA作(zuo)為靶向拮抗缺氧性心肌异常的新型候選药物提供理(li)论依據。
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參考文献
[1] Wang Y, Shen P, Wu Z, et al. Plasma Proteomic Profiling Reveals ITGA2B as A Key Regulator of Heart Health in High-altitude Settlers. Genomics Proteomics Bioinformatics. Published online April 8, 2025. doi:10.1093/gpbjnl/qzaf030
