氧张力调控下脑微血管内皮细胞的蛋白质组学特征及其对药物筛选的启示

本研究针对标准细胞培养中高氧环境(18 kPa O2 )导致的氧化应激偏差问题，通过建立生理性低氧(5 kPa O2 )培养模型，利用SYNAPT G2-Si质谱系统揭示了hCMEC/D3细胞的氧敏感性蛋白质组特征。研究发现NRF2激活剂萝卜硫素(SFN)的药效呈氧依赖性，为生理相关性药物筛选提供了新范式。

　　

在生命科学研究中，细胞培养的"高氧陷阱"长期被忽视——实验室标准培养条件(18 kPa O₂
)远超体内生理水平，导致细胞处于持续氧化应激状态。这一现象在脑微血管研究中尤为突出，因为血脑屏障内皮细胞在体内实际暴露的氧分压仅为3-7 kPa。这种"非生理性高氧"可能扭曲药物筛选结果，特别是影响NRF2（核因子E2相关因子2）等氧化应激响应通路的研究可靠性。

针对这一关键问题，伊斯坦布尔梅迪波尔大学与伦敦国王学院的研究团队在《Scientific Data》发表创新性研究。他们通过建立生理性低氧(5 kPa O₂
)培养的人脑微血管内皮细胞(hCMEC/D3)模型，结合高精度质谱技术，首次系统揭示了氧张力对细胞蛋白质组的重塑作用，并发现抗氧化药物萝卜硫素(SFN)的疗效具有显著氧依赖性。这项研究为优化体外实验条件提供了分子证据，对神经血管疾病研究和药物开发具有范式转换意义。

关键技术方法
研究采用双腔室工作站(Scitive Workstation)实现精确氧控(5 kPa vs 18 kPa O₂
)，使用SYNAPT G2-Si HDMS质谱仪进行数据非依赖采集(DIA)蛋白质组分析。通过Progenesis QI软件处理原始数据，Babelomics 5进行多重检验校正，SRplot工具完成层次聚类(HCA)和主成分分析(PCA)。实验包含3组独立生物学重复，每组3个技术重复。

研究结果

氧张力驱动的蛋白质组重塑
比较5 kPa与18 kPa培养的hCMEC/D3细胞，质谱鉴定出2,182种蛋白质，其中91种显著上调、61种下调。

显示氧张力是样本分群的主导因素，PCA解释方差达78.3%。值得注意的是，糖酵解通路相关蛋白在生理性低氧条件下表达增强，印证了脑内皮细胞的"Warburg样"代谢特征。

SFN药效的氧依赖性

揭示SFN在18 kPa条件下诱导22种差异表达蛋白(DEPs)，而在5 kPa仅引起20种变化。特别在抗氧化防御方面，18 kPa组的谷胱甘肽代谢通路蛋白变化幅度是低氧组的2.7倍，表明高氧环境会放大NRF2激活剂的表观效应。

技术验证的严谨性
质谱数据质量评估显示：肽段质量误差<±2σ（图2a），+2/+3电荷态占比>85%（图2c），酶切效率>80%（图2d）。通过非平均化样本验证（图4d-f），证实氧张力引起的组间差异远大于技术误差，保证结论可靠性。

结论与展望
该研究建立了三个关键认知：①标准培养条件导致脑内皮细胞处于非生理性氧化状态；②氧张力通过重塑蛋白质组影响药物应答；③SFN等NRF2激活剂的评估需在生理性低氧环境下进行。这些发现对卒中、神经退行性疾病等研究具有双重意义：既警示现有高氧模型的局限性，又为建立生理相关性药物筛选平台提供技术路线。未来可拓展至其他氧敏感细胞类型（如神经元、肿瘤细胞），或将蛋白质组数据与转录组、代谢组整合，全面解析氧微环境对细胞功能的调控网络。

研究创建的JPST003477/PXD060622数据集将成为领域内重要资源，其价值在于：①首次提供脑内皮细胞的氧响应蛋白质组图谱；②确立5 kPa O₂
作为血脑屏障研究的基准条件；③为开发"氧适配"疗法提供分子靶点。正如作者强调，这项成果不仅修正了体外实验的氧偏差问题，更开创了"生理性细胞培养"的新研究范式。