張偉斌陳丹馬偉欽何興祥陳羽王麗京

結(jié)直腸癌有無肝轉(zhuǎn)移血清差異蛋白質(zhì)表達(dá)的研究*

張偉斌①陳丹①馬偉欽①何興祥①陳羽①王麗京②

目的：利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分離、鑒定結(jié)直腸癌有無肝轉(zhuǎn)移患者血清中差異蛋白質(zhì)，篩選診斷肝轉(zhuǎn)移的血清蛋白標(biāo)志物。方法：根據(jù)入組條件，收集結(jié)直腸癌無肝轉(zhuǎn)移病例、有肝轉(zhuǎn)移病例，在兩組中隨機(jī)抽取12例血清樣本，同組血清等量混合進(jìn)行雙向凝膠電泳，建立兩組血清蛋白質(zhì)雙向電泳圖譜，用Image-Master V5.0軟件尋找兩組差異蛋白質(zhì)點(diǎn)，MALDI-TOF-MS對差異蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定，查詢生物信息數(shù)據(jù)庫對差異蛋白質(zhì)進(jìn)行初步分析。結(jié)果：兩組比較差異在2倍以上蛋白質(zhì)有8種，其中5個蛋白質(zhì)表達(dá)上調(diào)，3個蛋白質(zhì)表達(dá)下調(diào)；兩組每個差異蛋白灰度體平均值比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。通過數(shù)據(jù)庫搜索鑒定出7種蛋白質(zhì)，上調(diào)的5個蛋白質(zhì)分別是Transferrin、Complement component C9、RNA directed DNA polymerase（RNA指導(dǎo)的DNA合成酶）、Conserved hypothetical-protein（假定蛋白質(zhì)）、SEC14L1 7 kDa protein；下調(diào)的2個蛋白質(zhì)分別是Haptoglobin和Isoform 1 of Serum albumin。結(jié)論：結(jié)直腸癌有無肝轉(zhuǎn)移患者血清中的蛋白質(zhì)表達(dá)譜有一定的差異性，這些差異蛋白質(zhì)可能成為診斷肝轉(zhuǎn)移的血清標(biāo)志物。

結(jié)直腸癌； 肝轉(zhuǎn)移； 差異蛋白質(zhì)

近年來大量統(tǒng)計(jì)資料表明，在我國結(jié)直腸癌腸癌發(fā)病率和死亡率逐年升高盡管診療新技術(shù)不斷改進(jìn)和化療藥物的更新，其整體治療水平仍不盡人意，主要原因是在行根治性手術(shù)前出現(xiàn)了肝臟的轉(zhuǎn)移。因此，早期有效地診斷結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移具有重要的臨床意義，是徹底改變結(jié)直腸癌預(yù)后的關(guān)鍵措施。本研究利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)篩選及鑒定結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移關(guān)鍵血清蛋白標(biāo)志物，進(jìn)一步了解結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2010年5月-2011年11月本院經(jīng)病理明確診斷為結(jié)直腸癌的患者88例，并且患者既往無其他腫瘤，術(shù)前未接受過放療、化療等治療；無姑息性手術(shù)者；無肝炎、肝硬化、原發(fā)性肝癌以及急慢性炎癥性疾病等影響血清蛋白含量的相關(guān)疾病患者。影像學(xué)檢查（B超、CT或MRI）檢查發(fā)現(xiàn)有肝轉(zhuǎn)移灶者為結(jié)直腸癌有肝轉(zhuǎn)移組，無發(fā)現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移灶者為結(jié)直腸癌無肝轉(zhuǎn)移組。均征得患者同意入組。88例直腸癌患者中直腸癌38例，結(jié)腸癌50例；無肝轉(zhuǎn)移患者62例，伴肝轉(zhuǎn)移患者26例。結(jié)直腸癌無肝轉(zhuǎn)移組男33例，女29例，平均年齡（55.8±13.8）歲；結(jié)直腸癌伴肝轉(zhuǎn)移組男11例，女15例，平均年齡（58.1±8.7）歲。兩組患者的年齡、性別等比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 主要試劑、儀器、軟件 硫脲、除高峰度蛋白試劑盒、碳酸鈉（Na2CO3）、碳酸氫鈉，尿素、Tris堿、3-[3-（膽酰胺基丙基）二甲氨基]丙磺酸鹽、二硫蘇糖醇、溴酚藍(lán)、甘油、十二烷基磺酸鈉、過硫酸銨、丙烯酰胺、N，N’-亞甲基丙烯酰胺、四甲基乙二胺、低熔點(diǎn)瓊脂糖、固相pH值干膠條、蛋白質(zhì)純化試劑盒、定量試劑盒、考馬斯亮藍(lán)、冰醋酸（glacial acetic acid）、丁醇（butanol）。DU530型核酸/蛋白分析儀（美國 Beckman）；IPGphor等電聚焦儀，Ettan DALT six大型垂直電泳系統(tǒng)、掃描儀ImageScanner和LabScan軟件（Amersham Biosciences）；質(zhì)譜儀Ultraflex III（美國布魯克）等。

1.3 方法

1.3.1 蛋白質(zhì)樣品制備 早晨抽取研究對象空腹靜脈血5 mL于干燥管收集，干燥管編號，記錄患者信息。37 ℃靜置30～60 min，3400 rpm離心15 min，取上層清亮透明血清，在這個過程中應(yīng)盡量避免發(fā)生溶血，如若溶血標(biāo)本，棄去。每個EP管500 μL血清分裝，并編號，-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。結(jié)直腸癌無肝轉(zhuǎn)移及伴有肝轉(zhuǎn)移組分別隨機(jī)選取各12例標(biāo)本，同組標(biāo)本取等量混合，除高豐度蛋白，Clean-up kit純化后用Quant kit測定蛋白濃度。

1.3.2 雙向電泳 第1向等電聚焦，上樣量總體積為460 μL（含總蛋白質(zhì)500 μg）；以13 200 rpm 4 ℃離心30 min，去上清液；放置IPG膠條并確保膠條與樣品之間無氣泡，膠條吸脹15 min；依次經(jīng)過30 V 12 h、500 V 1 h、1000 V 1 h、8000 V 6 h、2000 V 10 h。等電聚焦結(jié)束后，將IPG膠條置于平衡緩沖液中15 min。將平衡好的膠條轉(zhuǎn)入垂直電泳槽中進(jìn)行第2向電泳。后考馬斯亮藍(lán)G-250染色對電泳凝膠進(jìn)行染色。

1.3.3 凝膠圖像掃描與分析 用Image Scanner掃描儀同一參數(shù)（300 dpi）掃描并用Image Master V5.0進(jìn)行圖像分析，對膠上蛋白質(zhì)斑點(diǎn)通過編輯，背景消除，分析膠間的匹配，獲取差異蛋白點(diǎn).

1.3.4 差異蛋白點(diǎn)肽質(zhì)量指紋分析及鑒定 挖取出差異蛋白質(zhì)點(diǎn)，進(jìn)行蛋白質(zhì)膠內(nèi)酶解后獲得蛋白質(zhì)酶解肽段，將肽段點(diǎn)樣于MALDI板上，進(jìn)行MALDI-TOF/ TOF-MS鑒定分析。Mascot軟件檢索Human的IPI蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，參數(shù)設(shè)置如下：種屬為human，切割酶combined，允許的未酶切位點(diǎn)數(shù)為1，酶為胰蛋白酶，MS的誤差30 ppm，MS/MS的誤差為0.2 Da。MS 和MS/MS結(jié)果聯(lián)合搜索，得分超過63分為超過閾值（P＜0.05），為可信的鑒定結(jié)果，并根據(jù)質(zhì)譜結(jié)果，通過數(shù)據(jù)庫鑒定出蛋白質(zhì)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 測定結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)量資料以（±s）表示，比較采用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 雙向電泳結(jié)果 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，銀染顯色后得到兩組共6張背景清晰、分辨率高的銀染凝膠圖譜（圖1、圖2），后用圖像分析軟件Image Master 2D Platinum對圖像進(jìn)匹配分析。在匹配分析過程中得到具有差異蛋白質(zhì)局部放大圖（圖3）以及其三維空間圖（圖4）。在匹配分析中選擇差異倍數(shù)大于2倍以上為差異蛋白質(zhì)。分析示有8個差異蛋白質(zhì)點(diǎn)表達(dá)，其中肝轉(zhuǎn)移組中5個蛋白質(zhì)點(diǎn)表達(dá)上調(diào)且大于2倍的，3個蛋白質(zhì)點(diǎn)表達(dá)下調(diào)調(diào)且大于2倍，并計(jì)算8個差異蛋白點(diǎn)3次電泳膠的灰度體平均值，兩組每個差異蛋白灰度體平均值比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

2.2 差異蛋白質(zhì)的質(zhì)譜圖及鑒定 從肝轉(zhuǎn)移組凝膠中切下的8個差異表蛋白質(zhì)點(diǎn)，進(jìn)行MALDI-TOF-MS質(zhì)譜鑒定，獲取的質(zhì)譜圖（圖5、圖6）。

并經(jīng)過Mascot軟件檢索human的IPI蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，按Mascot得分、匹配的片段數(shù)和覆蓋率等進(jìn)行綜合評判搜索結(jié)果見表2。

圖1 結(jié)直腸癌無肝轉(zhuǎn)移組

圖2 結(jié)直腸癌有肝轉(zhuǎn)移組

圖3 差異蛋白點(diǎn)局部放大圖

圖4 2459號差異蛋白點(diǎn)三維空間圖

3 討論

近年來利用手術(shù)切除標(biāo)本、患者血液、腫瘤細(xì)胞等作為研究對象，發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移與多種蛋白有關(guān)[1]。結(jié)直腸癌在向肝轉(zhuǎn)移過程中癌組織會分泌多種蛋白質(zhì)入血清，而其他器官和組織受到腫瘤影響也會分泌蛋白質(zhì)，因此從血清蛋白質(zhì)組學(xué)角度進(jìn)行研究很可能會發(fā)現(xiàn)一些與腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)的特異性血清標(biāo)志物，目前利用血清蛋白質(zhì)組學(xué)研究腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移癌癥的有乳腺癌、肺癌、肝癌、胃癌等[2-5]。本研究利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分離、鑒定結(jié)直腸癌有無肝轉(zhuǎn)移患者血清中差異蛋白質(zhì)，并通過數(shù)據(jù)庫搜索鑒定出8種蛋白質(zhì)（其中有2個蛋白質(zhì)同為Haptoglobin），5個上調(diào)的蛋白質(zhì)分別是Transferrin、Complement component C9、RNA directed DNA polymerase（RNA指導(dǎo)的DNA合成酶）、Conserved hypothetical -protein（假定蛋白質(zhì)）、SEC14L1 7 kDa protein；2個下調(diào)的蛋白質(zhì)分別是

Haptoglobin和Isoform 1 of Serum albumin。

表1 差異倍數(shù)大于2倍以上差異蛋白質(zhì)點(diǎn)及灰度值比較

圖5 有肝轉(zhuǎn)移組Match ID 2052質(zhì)譜圖

圖6 有肝轉(zhuǎn)移組Match ID 2459質(zhì)譜圖

表2 鑒定的差異蛋白質(zhì)結(jié)果

Transferrin產(chǎn)生的主要器官是肝臟，它是一種重要的β-球蛋白，是體液中不可缺少的成分，是細(xì)胞生長和增殖所必需的生長因子。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，Transferrin能改變細(xì)胞的黏附能力，促進(jìn)腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，并且在腫瘤和癌細(xì)胞中Transferrin的受體含量顯著高于其相應(yīng)的正常細(xì)胞[6-7]。另有研究通過對高危乳腺癌的術(shù)后血清進(jìn)行SELDI-TOF MS表達(dá)譜分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移后血清中蛋白質(zhì)Transferrin上調(diào)，提示其對轉(zhuǎn)移具有獨(dú)立預(yù)后意義[8]。李祖國等[9]通過建立裸鼠結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移模型并應(yīng)用血清蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)觀察肝轉(zhuǎn)移前后血清蛋白的變化，結(jié)果示結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移后血清中Transferrin顯著上調(diào)。所以筆者分析當(dāng)結(jié)直腸癌細(xì)胞生長時(shí)，其表面Transferrin受體的密度迅速增加，待攜帶受體的癌細(xì)胞浸潤入血后，與在肝臟產(chǎn)生Transferrin結(jié)合并沉積在肝臟形成轉(zhuǎn)移，Transferrin可能是促進(jìn)結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的蛋白。另一種上調(diào)的蛋白質(zhì)RNA-directed DNA polymerase是逆轉(zhuǎn)錄酶，目前認(rèn)為是正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為惡性細(xì)胞的關(guān)鍵因素，已經(jīng)有學(xué)者通過實(shí)時(shí)熒光定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)檢測結(jié)直腸癌患者外周血人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶表達(dá)率和表達(dá)水平顯著增高，可作為結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的標(biāo)記物[10]。下一步也可通過熒光定量等技術(shù)檢測肝轉(zhuǎn)移組血清RNA directed D-polymerase上調(diào)的表達(dá)率和表達(dá)水平，為監(jiān)測結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移篩選一個可靠的蛋白標(biāo)志物。上調(diào)的Complement component C9是一種非特異性蛋白，在腫瘤免疫中作用受到重視，研究表明肝癌患者血清C9水平明顯升高，可作為AFP陰性肝癌敏感的、特異的腫瘤標(biāo)志物之一[11]。本研究中結(jié)直腸癌有肝轉(zhuǎn)移患者血清中上調(diào)倍數(shù)最大的蛋白質(zhì)是Conserved hypothetical protein，它是通過直接測序或由cDNA序列翻譯之后，得到的蛋白質(zhì)序列，該序列中存在有某種特定功能的一段保守序列，筆者推測這段保守序列的特定功能可能是引起結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟，將對其重點(diǎn)研究。

在本研究中發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌有肝轉(zhuǎn)移患者血清中下調(diào)的蛋白質(zhì)是Haptoglobin和Isoform 1 of Serum albumin。Haptoglobin是血清中的一種酸性糖蛋白，廣泛存在于人類的血清中，其功能是作為一種急性期蛋白，在參與宿主抗感染、損傷組織的修復(fù)以及內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的過程中起著重要作用，其在感染、創(chuàng)傷、炎癥、腫瘤、心肌梗死等病理狀態(tài)時(shí)顯著升高。其能促進(jìn)新生血管的內(nèi)皮細(xì)胞生長和分化[12-13]。另它能通過與游離血紅蛋白結(jié)合形成復(fù)合物，復(fù)合物運(yùn)至肝臟后它就迅速被肝細(xì)胞從血液清除并釋放血紅蛋白，可導(dǎo)致其降低，所以有研究報(bào)道肝硬化癌變過程Haptoglobin由高到低[14-15]。本研究結(jié)果示Haptoglobin降低，結(jié)合其功能，筆者推測在結(jié)直腸癌患者未發(fā)生肝轉(zhuǎn)移時(shí)期，Haptoglobin促進(jìn)腫瘤血管生成，當(dāng)腫瘤血管生成達(dá)到一定程度時(shí)，Haptoglobin與游離血紅蛋白結(jié)合形成復(fù)合物攜帶腫瘤細(xì)胞入血，經(jīng)過肝臟時(shí)復(fù)合物中的Haptoglobin被肝細(xì)胞清除，血清中Haptoglobin降低，但腫瘤細(xì)胞定植在肝臟形成轉(zhuǎn)移瘤。而本研究特殊情況是Haptoglobin在雙向電泳中顯示為不同的位置，說明結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移過程可能還同時(shí)伴有蛋白質(zhì)修飾的改變參與其中。另下調(diào)蛋白質(zhì)Isoform 1 of Serum albumin是血清白蛋白的異構(gòu)體，白蛋白屬于非急性時(shí)相蛋白，在維持血液膠體滲透壓，體內(nèi)代謝物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及營養(yǎng)等方面起著重要的作用，即使肝臟停止合成，8 d后外周血中濃度僅降低20%，由于肝臟有很強(qiáng)的代償能力，半衰期較長，只有當(dāng)肝臟病變和病程達(dá)到一定程度后才能出現(xiàn)白蛋白的改變。本研究示當(dāng)結(jié)直腸癌出現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移時(shí)Isoform 1 of Serum albumin下調(diào)，考慮肝轉(zhuǎn)移后肝細(xì)胞受到破壞，即引起其變化，如定期監(jiān)測，就可早期發(fā)現(xiàn)有無肝轉(zhuǎn)移，但具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，結(jié)直腸腸癌肝轉(zhuǎn)移的形成是一個多步驟的復(fù)雜過程，涉及到多個基因和多個蛋白的相互協(xié)同或拮抗作用。本研究的8種差異蛋白質(zhì)可能在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的突變、激活，癌細(xì)胞的粘附、遷移、增殖，細(xì)胞外基質(zhì)降解，組織免疫性及腫瘤血管增生因子等過程中起到一定作用。筆者已經(jīng)將2種差異蛋白質(zhì)Transferrin、Haptoglobin構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移診斷模型，并通過橫斷面驗(yàn)證其有較高的準(zhǔn)確度。故對這些差異蛋白質(zhì)的進(jìn)一步研究，便可早期篩選結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的血清標(biāo)志物。

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A Research Study of the Serum Proteomics Expressions on Liver Metastases Value in Colorectal Carcinoma/

ZHANG Wei-bin，CHEN Dan，MA Wei-qin，et al.//Medical Innovation of China，2014，11（21）：001-006

Objective：To use proteomics separation method identify colorectal carcinoma patients’ serum proteins， so as to differentiate and diagnostic the serum protein biomarkers for liver metastases.Method：According to inclusion criterion， patients had been divided into colorectal cancer patients with liver metastases， and patients without liver metastases. Two groups were be randomized into 12 serum samples， same amount of serum proteins were mixed in each group by two-way clear gel electrophoresis， followed by building two sets of two-dimensional electrophoresis pattern. Image-Master V5.0 software was used to find the differences between two samples. Kam proteins were differentiated by Matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry （MALDI-TOF-MS）. The differentiated expressed proteins in given bioinformatics databases was analyzed.Result：The colorectal liver metastases group and the non-colorectal liver metastases group showed that eight proteome were spotted with more than two differentials， of which five proteins were up-regulated and two were down-regulated. Each protein gray body average differences between the two groups had statistical significance （P＜0.05）. Five up-regulated proteins were： Transferrin， Complement component C9，RNA directed DNA polymerase， Conserved hypothetical-protein， SEC14L1 7 kDa protein； two down-regulated proteins were Haptoglobin and Serum albumin Isoform 1.Conclusion：Serum protein expression spectrum shows differential in colorectal carcinoma patients with liver metastases. This differential may be the diagnostic serum biomarkers for liver metastases.

Colorectal Carcinoma； Liver Metastasis； Proteomics

10.3969/j.issn.1674-4985.2014.21.001

2014-05-03）（本文編輯：蔡元元）

國家自然科學(xué)基金（61201437）；廣東省醫(yī)學(xué)科研基金項(xiàng)目（A2011315）；廣東省高等學(xué)校高層次人才項(xiàng)目（粵教師函[2010]79號）

①廣東藥學(xué)院附屬第一醫(yī)院 廣東 廣州 510080

②廣東藥學(xué)院血管生物學(xué)研究所

何興祥

First-author’s address：The First Affiliated Hospital of Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510080，China