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防患未然,蛋白组学鉴定血液生物标记物,前瞻性预测阿尔兹海默症Aβ的沉积

发布时间: 2019-11-15
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阿尔茨海默氏病 ( Alzheimer disease,AD) 是一类精神功能进行性丧失,发病进程缓慢、随着时间不断恶化的神经性疾病 。tau蛋白的淀粉样蛋白 (Aβ) 斑块是AD的主要病理标志 。 Aβ积累发生在AD的早期阶段,并在启动AD发病机理中起关键作用 。但是,大脑中 Aβ 早期沉积到临床症状发作之间存在多年的时间延迟,这必然会 导致诊断延迟。Aβ特异性正电子发射断层扫描 (PET) 配体的开发已成为AD诊断的关键突破。但是由于昂贵的费用、操作时间长以及增加辐射暴露等问题,PET并不是一种理想的方法。 之前的研究已报道过一些与脑淀粉样蛋白沉积有关的基于血液的生物标记物,这些有效的 生物标志物的不同组合可能会提高对脑Aβ沉积的诊断 。

基于质谱的蛋白质组学方法能有效处理血浆蛋白组的高度复杂性,已被广泛用于筛选血液生物标记物。在这些基于质谱的蛋白质组学方法中,高度丰富的蛋白质阻碍了低丰度生物标志物候选物的检测。相应的去除高丰度蛋白的方法也有很多。此外,多重标记方法与基于质谱的蛋白质组学分析也已被广泛用于大批患者血浆蛋白组的有效定量。

2019年10月9日,国际刊物 Progress In Neurobiology (IF=10.658)上发表韩国首尔国立大学医学院Inhee Mook Jung教授团队的最新文章, 研究通过对认知正常个体,MCI患者和AD患者进行基于质谱的蛋白质组学分析,发现可揭示脑Aβ沉积状态的血液生物标记物。 研究者采用两种策略检测两组标志物:一组生物标志物适用于所有诊断组;另一组生物标志物适用于单独的 轻度认知功能障碍 ( Mild Cognitive Impairment, MCI ) 。在独立的大型MCI和AD患者队列中对这些生物标志物进行验证,结果表明,与以往的常规生物标志物相比,它们具有更高的特异性和敏感性,可作为替代血液生物标志物使用。

防患未然,蛋白组学鉴定血液生物标记物,前瞻性预测阿尔兹海默症Aβ的沉积

研究速读

1. 血浆蛋白组的概况

研究者将样本分为以下五个类:CN+(Cognitively Normal,n=28) ,CN- (n=79) ,MCI+ ( Mild Cognitive Impairment,n=54 ) ,MCI-(n=53),和ADD+ (AD dementia,n=40) 。对于血浆蛋白质组学分析和ELISA验证而言,研究者又将样品分为两组,SETⅠ包括CN-,CN+,MCI+和ADD+;SET II包括MCI-和MCI+。研究者对两组的10名参与者收集的血浆样品进行了全面的蛋白质组分析。对于每个样品而言,研究者都有祛除了高丰度蛋白 (样品策略) 。在对来自SET I或II的低丰度肽进行TMT标记后,将TMT标记的肽样品分别进行24和12个组分分级,分别进行蛋白质组和N糖组学分析 (组学策略),最终全蛋白组学鉴定到7436个蛋白、74179个肽段,N糖组学鉴定到1281个N糖蛋白、5759条N糖基化肽段。这些结果表明本次数据具有较高的蛋白质组覆盖率。因此,研究者建立的血浆蛋白质组可以作为有用的预筛选模型,用于在独立验证队列中测试的生物标志物候选物。

防患未然,蛋白组学鉴定血液生物标记物,前瞻性预测阿尔兹海默症Aβ的沉积

Figure 1. 样本设计以及蛋白组学分析示意图

2. 蛋白质组学分析鉴定 SET I中 生物标志物候选物

在 CN- 与 CN+,MCI+或ADD+ 的比较组中,研究者分别鉴定到 2,601、2,359和2,361 差异表达的肽段,分别鉴定到 169、257和167 个差异表达的N- 糖肽 。紧接着,确定了577个包含至少两个差异表达肽段的蛋白。其中有40个蛋白在蛋白组和N-糖基化组学中持续发生着显著变化。在这些蛋白质中, 有5 种生物标志物候选在先前的 MCI和AD队列血清蛋白质组学 中有报道。 这充分说明了它们作为生物标志物候选物的有效性。在这 5种蛋白质中,根据SET I标准,将半乳糖凝集素3结合蛋白 (LGALS3BP) 和血管紧张素1转化酶 (ACE) 列为两个最佳生物标志物候选对象 。 LGALS3BP 在所有 PiB阳性条件 (CN+,MCI+和ADD+) 下均显著下调 ; ACE在MCI +和ADD+中显著下调。ELISA的结果显示,这俩蛋白的趋势跟质谱结果一致。

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Figure 2. 生物标志物的发现与验证(SET I)

3. 蛋白质组学分析鉴定SETII中生物标志物候选物

来自SETII的结果显示,研究者在MCI +和MCI-之间的N-糖蛋白组 中鉴定到 377个 差异表达的多肽,在全蛋白组中鉴定到 4,735个 差异表达的多 肽。总体 来说,蛋白质组和糖蛋白组分析鉴定到 357个 差异蛋白 。其中 , 骨膜素 (POSTN) ,ACE和血管内皮钙粘蛋白5 (CDH5) 蛋白最终被确定为最佳生物标志物候选物 。 与全蛋白组和 N-糖蛋白组中的MCI-相比,MCI+中的POSTN显著上调。MCI+组 中的 ACE和CDH5在全蛋白质组 和 N-糖基蛋白质组显著下调。 之前有报道称, ACE和CDH5与正常相比分别在MCI+和ADD+的血清中被下调。这些数据表明 ,它们可能是能 反映AD病理变化的生物标志物候选。

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Figure 3 生物标志物的发现与验证(SET II)

综上所述,在此次研究中,研究者基于蛋白质组学分析,发现了40种生物标志物候选物,并进一步确认和验证了4种蛋白质。这些经过验证的生物标志物及其性能充分证明了基于蛋白质组学的发现生物标志物的有效性。剩余的候选生物标志物可以在未来的研究中进一步测试。有效生物标记物的多种组合将有望提高敏感性和特异性。

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参考文献

Park JC, et al . (2019), Prognostic plasma protein panel for Aβ deposition in the brain in Alzheimer's disease . Pr og Neurobiol.

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