砷在自然界中广泛分布，环境砷暴露是一个严重的世界范围内的公共卫生问题，我国是世界上地方性砷中毒病情比较严重的国家之一。近些年来，砷暴露致机体各种内脏器官的损伤效应成为研究的热点问题，关注的水砷暴露浓度也从较高水平扩展到相对的较低水平，如50μg/L以下甚至是10μg/L以下。目前，关于砷暴露对机体各系统的损伤效应及其机制还不是很清楚。进入二十一世纪，蛋白质组学技术迅速发展，为同时大规模地分析与各种疾病有关的蛋白提供了强有力的工具。双向差异凝胶电泳(two-dimensionaldifferential gel electrophoresis，2-D DIGE)技术和表面增强激光解吸电离飞行时间质谱(surface enhanced laser desorption/ionization time offlight mass spectrometry，SELDI-TOF-MS)技术是目前蛋白质组学研究中常用的两项技术，二者检测蛋白的适宜分子量范围不同，前者主要为15-100kD，后者主要为2-15kD。目前，还少有关于慢性砷暴露人群血清蛋白质组学的研究。　　 目的：研究不同水砷浓度暴露人群之间，以及砷中毒病人和非病人之间的血清差异表达蛋白，为研究砷暴露对人类的健康损伤效应及其机制提供线索，为筛选砷暴露和砷中毒的特异性血清蛋白标志物提供候选蛋白。　　 方法：以我国山西、内蒙古饮水型砷中毒病区的人群为研究对象，同时利用SELDI-TOF-MS技术和2-D DIGE结合质谱技术，进行血清蛋白质组表达的分析。研究对象分为低砷暴露组、中砷暴露组、高砷暴露组和砷中毒病人组，低、中、高砷暴露组饮水砷浓度分别为<10μg/L、10-50μg/L和>50μg/L；SELDI实验部分的砷中毒病人组饮水砷暴露程度与高砷暴露的非病人组相同，2-D DIGE实验部分的砷中毒病人曾经暴露于高砷水，但已经改水5年，目前水砷浓度相当于低砷暴露组水平。各组之间在性别、年龄、体质指数(BMI)、吸烟、饮酒等方面进行成组匹配。氢化物发生原子荧光法(HG-AFS)检测水样、尿样总砷含量。　　 SELDI实验部分：低、中、高砷暴露组和砷中毒病人组样本数分别为40、37、38和33例。使用的蛋白芯片为弱阳离子表面芯片CM10。用BiomarkerWizard3.1软件对检测到的蛋白峰进行数字化转换，用SPSS13.0软件进行数据统计分析，根据每一个蛋白峰相对强度的数据特点采用相应的参数的和非参数方法进行组间差异分析，采用二分类逻辑回归分析筛选与砷暴露关系密切的蛋白峰，通过接收者工作特征(ROC)曲线分析评价单一蛋白峰和蛋白峰组合区分各组之间的能力。　　 DIGE实验部分：低、中、高砷暴露组和砷中毒病人组，每组各30人，组内样品等量混合后用多重亲和去除柱去除高丰度蛋白。用“Decyder”软件对凝胶图谱进行分析，DIA模块进行胶内共找点和相对定量，BVA模块进行胶间归一化和定量比较，筛选差异表达蛋白点，并通过胶内酶解、质谱鉴定、数据库检索等方法对差异蛋白进行鉴定。选取感兴趣的鉴定蛋白进一步用ELISA法验证血清蛋白含量。　　 结果：　　 1、SELDI实验部分：　　 1.1共检测出68个有效蛋白峰，蛋白质核比(m/z)范围为1819.6-39479.4。　　 1.2在低、中、高砷暴露组之间，有20个蛋白峰的相对强度显著不同。低砷和中砷暴露组之间有1个；中砷和高砷暴露组之间有10个；低砷和高砷暴露组之间有17个，其中有8个上调，9个下调。　　 1.3中砷对低砷组的逻辑回归模型，没有蛋白峰入选；高砷对低砷组的逻辑回归模型，有5个蛋白峰入选，m/z分别为2237.4、2952.6、7580.7、7783.1、和15167.7；高砷对中砷组的逻辑回归模型，有两个蛋白峰入选，m/z为7783.1和15167.7；高砷对(低+中)组的逻辑回归模型，有5个蛋白峰入选，与高砷对低砷组的逻辑回归模型纳入的蛋白峰相同。　　 1.4上述5个蛋白峰合在一起区分高砷和低砷组的能力较强，ROC曲线下面积(AUC)=0.96，灵敏度为93.0％，特异度为87.5％；区分高砷和(低+中)砷组的能力有所下降，AUC=0.91，灵敏度为84.5％，特异度为81.8％，但均高于每一个蛋白峰的区分能力。　　 1.5高砷暴露组有无皮肤损害的两组之间存在一个差异表达蛋白峰，m/z为3938.0，该蛋白区分两组的能力为AUC=0.65，灵敏度为45.5％，特异度为86.6％。　　 2、2-D DIGE实验部分：　　 2.16块凝胶平均检测到的蛋白点数为1299个，SD=167，至少在5张胶中均出现的蛋白点有688个。　　 2.2低、中、高砷暴露组三组之间的方差分析，有33个蛋白点存在差异表达；低、中、高砷暴露组以及砷中毒病人组四组之间的方差分析，有54个蛋白点存在差异表达，其中有23个蛋白点与低、中、高砷暴露组三组之间的差异蛋白相重复。　　 2.3挑选了25个差异表达蛋白进行质谱鉴定，成功鉴定16个，覆盖13个蛋白，这些蛋白的组间表达形式可以分为，①与低砷组比较，中、高砷暴露组表达下调，有载脂蛋白A-IV、视黄醇结合蛋白、雌激素受体下丘脑亚型；②与低砷组比较，中、高砷暴露组表达上调，有补体4A和4B；③与非砷中毒病人比较，砷中毒病人组表达下调，有β2糖化蛋白I、角蛋白1、血红素结合蛋白、补体Clr亚单位、纤维凝胶蛋白3；④与非砷中毒病人比较，砷中毒病人组表达上调，有色素上皮衍生因子、α1-微球蛋白、羧肽酶N端催化链。　　 2.4对色素上皮衍生因子的表达水平进行ELISA法的验证，未发现它的含量在低、中、高、砷暴露组以及砷中毒病人组之间存在差异。　　 结论：　　 1.与饮水砷浓度在10μg/L以下人群比较，10-50μg/L水平的砷暴露对人体血清中小分子量蛋白不会产生显著影响，而饮水砷浓度在140μg/L以上的高砷暴露可以使血清中小分子蛋白发生显著变化。　　 2.在相同的高砷暴露条件下，具有特异性皮肤体征的砷中毒病人与非砷中毒病人比较，血清中小分子蛋白未发生显著变化。　　 3.根据以上结论进一步得出，慢性砷暴露条件下，血清中小分子量蛋白图谱的改变可以发生在皮肤症状出现以前，提示慢性砷暴露人群内脏器官的损伤可能与皮肤症状同时出现，甚至出现在皮肤症状之前。　　 4.与饮水砷浓度在10μg/L以下人群相比，10-50μg/L水平的砷暴露即可对人体血清中分子量相对较大的蛋白(>15kD)产生显著影响。　　 5.与非砷中毒病人比较，饮水型砷中毒病人在改为饮用砷含量<10μg/L的合格饮用水5年后，血清中仍可检测到差异表达蛋白，提示砷暴露对机体健康损害效应的长期性。