阿爾茨海默氏病（Alzheimer disease，AD）是一類精神功能進行性喪失，發(fā)病進程緩慢、隨著時間不斷惡化的神經性疾病。tau蛋白的淀粉樣蛋白（Aβ）斑塊是AD的主要病理標志。Aβ積累發(fā)生在AD的早期階段，并在啟動AD發(fā)病機理中起關鍵作用。但是，大腦中Aβ早期沉積到臨床癥狀發(fā)作之間存在多年的時間延遲，這必然會導致診斷延遲。Aβ特異性正電子發(fā)射斷層掃描（PET）配體的開發(fā)已成為AD診斷的關鍵突破。但是由于昂貴的費用、操作時間長以及增加輻射暴露等問題，PET并不是一種理想的方法。之前的研究已報道過一些與腦淀粉樣蛋白沉積有關的基于血液的生物標記物，這些有效的生物標志物的不同組合可能會提高對腦Aβ沉積的診斷。
基于質譜的蛋白質組學方法能有效處理血漿蛋白組的高度復雜性，已被廣泛用于篩選血液生物標記物。在這些基于質譜的蛋白質組學方法中，高度豐富的蛋白質阻礙了低豐度生物標志物候選物的檢測。相應的去除高豐度蛋白的方法也有很多。此外，多重標記方法與基于質譜的蛋白質組學分析也已被廣泛用于大批患者血漿蛋白組的有效定量。
2019年10月9日，國際刊物Progress In Neurobiology（IF=10.658）上發(fā)表韓國首爾國立大學醫(yī)學院Inhee Mook Jung教授團隊的最新文章，研究通過對認知正常個體，MCI患者和AD患者進行基于質譜的蛋白質組學分析，發(fā)現可揭示腦Aβ沉積狀態(tài)的血液生物標記物。研究者采用兩種策略檢測兩組標志物：一組生物標志物適用于所有診斷組；另一組生物標志物適用于單獨的輕度認知功能障礙( Mild Cognitive Impairment, MCI ) 。在獨立的大型MCI和AD患者隊列中對這些生物標志物進行驗證，結果表明，與以往的常規(guī)生物標志物相比，它們具有更高的特異性和敏感性，可作為替代血液生物標志物使用。
研究速讀
1. 血漿蛋白組的概況
研究者將樣本分為以下五個類：CN+（Cognitively Normal，n=28），CN-（n=79），MCI+ ( Mild Cognitive Impairment，n=54 ) ，MCI-（n=53），和ADD+（AD dementia，n=40）。對于血漿蛋白質組學分析和ELISA驗證而言，研究者又將樣品分為兩組，SETⅠ包括CN-，CN+，MCI+和ADD+；SET II包括MCI-和MCI+。研究者對兩組的10名參與者收集的血漿樣品進行了全面的蛋白質組分析。對于每個樣品而言，研究者都有祛除了高豐度蛋白（樣品策略）。在對來自SET I或II的低豐度肽進行TMT標記后，將TMT標記的肽樣品分別進行24和12個組分分級，分別進行蛋白質組和N糖組學分析（組學策略），最終全蛋白組學鑒定到7436個蛋白、74179個肽段，N糖組學鑒定到1281個N糖蛋白、5759條N糖基化肽段。這些結果表明本次數據具有較高的蛋白質組覆蓋率。因此，研究者建立的血漿蛋白質組可以作為有用的預篩選模型，用于在獨立驗證隊列中測試的生物標志物候選物。
Figure 1. 樣本設計以及蛋白組學分析示意圖
2. 蛋白質組學分析鑒定SET I中生物標志物候選物
在CN-與CN+，MCI+或ADD+的比較組中，研究者分別鑒定到2,601、2,359和2,361 差異表達的肽段，分別鑒定到169、257和167 個差異表達的N-糖肽。緊接著，確定了577個包含至少兩個差異表達肽段的蛋白。其中有40個蛋白在蛋白組和N-糖基化組學中持續(xù)發(fā)生著顯著變化。在這些蛋白質中，有5種生物標志物候選在先前的MCI和AD隊列血清蛋白質組學中有報道。這充分說明了它們作為生物標志物候選物的有效性。在這5種蛋白質中，根據SET I標準，將半乳糖凝集素3結合蛋白（LGALS3BP）和血管緊張素1轉化酶（ACE）列為兩個最佳生物標志物候選對象。LGALS3BP在所有PiB陽性條件（CN+，MCI+和ADD+）下均顯著下調；ACE在MCI +和ADD+中顯著下調。ELISA的結果顯示，這倆蛋白的趨勢跟質譜結果一致。
Figure 2. 生物標志物的發(fā)現與驗證（SET I）
3. 蛋白質組學分析鑒定SETII中生物標志物候選物
來自SETII的結果顯示，研究者在MCI +和MCI-之間的N-糖蛋白組中鑒定到377個差異表達的多肽，在全蛋白組中鑒定到4,735個差異表達的多肽?？傮w來說，蛋白質組和糖蛋白組分析鑒定到357個差異蛋白。其中，骨膜素（POSTN），ACE和血管內皮鈣粘蛋白5（CDH5）蛋白最終被確定為最佳生物標志物候選物。與全蛋白組和N-糖蛋白組中的MCI-相比，MCI+中的POSTN顯著上調。MCI+組中的ACE和CDH5在全蛋白質組和N-糖基蛋白質組顯著下調。之前有報道稱，ACE和CDH5與正常相比分別在MCI+和ADD+的血清中被下調。這些數據表明，它們可能是能反映AD病理變化的生物標志物候選。
Figure 3 生物標志物的發(fā)現與驗證（SET II）
綜上所述，在此次研究中，研究者基于蛋白質組學分析，發(fā)現了40種生物標志物候選物，并進一步確認和驗證了4種蛋白質。這些經過驗證的生物標志物及其性能充分證明了基于蛋白質組學的發(fā)現生物標志物的有效性。剩余的候選生物標志物可以在未來的研究中進一步測試。有效生物標記物的多種組合將有望提高敏感性和特異性。
參考文獻Park JC, et al. (2019), Prognostic plasma protein panel for Aβ deposition in the brain in Alzheimer's disease. Prog Neurobiol.
原創(chuàng)： Dr.Proteomics 精準醫(yī)學與蛋白組學
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