Brain（IF=14.5）：胞外囊泡蛋白组学发现阿尔兹海默症的潜在标志物和治疗靶点

Brain（IF=14.5）：胞外囊泡蛋白组学发现阿尔兹海默症的潜在标志物和治疗靶点作者：绿野阿尔茨海默病(AD)是世界范围内亟待解决的重大医学问题，该疾病的病理特征是细胞外淀粉样蛋白β肽(Aβ)聚集和细胞内磷酸化Tau蛋白(pTau)神经原纤维缠结沉积。近些年来，细胞外囊泡(EVs)被认为与包括AD在内的神经退行性疾病的发病机制有关，有用于AD诊断的潜在价值。2023年12月10日，Brain（IF=14.5）发表了一篇题为“ExtracellularvesicleproteomeunveilscathepsinBconnectiontoAlzheimer’sdiseasepathogenesis”的研究文章，通过对脑脊液EVs进行蛋白质组学分析，确定了与AD进展一致的水平变化的独特蛋白质，其中组织蛋白酶cathepsinB（CatB）可作为潜在的生物标志物和治疗靶点。该研究主要内容包括：（1）收集正常对照(NC)、轻度认知障碍(MCI)和阿尔茨海默病(AD)参与者的脑脊液和血浆样本，并根据脑脊液中Aβ42、pTau和tTau水平进行ATN分类，用于设计蛋白质组学分析的发现集。（2）生物标志物发现阶段，通过从16例脑脊液样本中分离出EVs并进行蛋白组学分析。（3）标志物验证阶段，通过超离法从136例脑脊液和血浆样本中分离出EVs通过ELISA方法进行CatB验证。一、研究设计研究样本分为发现集和验证集，发现集选择16例脑脊液EVs进行蛋白组学检测，验证集对136例样本通过ELISA检测差异指标CatB进行验证。发现集：4例对照组(A−T−N−)、8例淀粉样蛋白沉积但无tau病理(4例A+T−N−和4例A+T−N+)和4例淀粉样蛋白和tau病理(A+T+N+)。验证集：50例AD患者，26例MCI患者和60例正常对照。二、研究结果1、脑脊液EVs蛋白质组学分析为了鉴定与AD进展相关的蛋白质，从发现集的脑脊液样本中分离EV并进行基于质谱的蛋白组学分析，共鉴定到1756个蛋白。在三个ATN分组中，共有11个EV蛋白存在显著差异。其中从A−T−N−到A+T−N−/A+T−N+的转变过程中，3个蛋白显著上调（RGMA、DNA2和CatB），3个蛋白显著下调（CNTN6、EXT1和H4F3）。从A+T−N−/A+T−N+到A+T+N+的转变过程中，2个蛋白显著上调（UN13C和PCNT），3个蛋白显著下调（PSMD1、NXPH1和RFX5）。这些独特的蛋白可能参与脑细胞病理改变，可作为区分AD病理分期的潜在生物标志物。图1脑脊液EVs蛋白质组学分析2、脑脊液和血浆EVs中CatB水平升高由于CatB是在A−T−N−和A+T−N−/A+T−N+之间发生显著变化的蛋白之一，且参与淀粉样前体蛋白(APP)到Aβ的加工，因此研究人员选择CatB进行后续大队列验证。从136例配对脑脊液和血浆样本中分离EVs，将其分为7个ATN组，并通过ELISA方案检测CatB水平。脑脊液EVs的验证结果与蛋白质组学一致，结果显示与淀粉样蛋白阴性组（A—）比较，淀粉样蛋白阳性组（A+）CatB水平显著升高，且CatB浓度与脑脊液Aβ42浓度呈强负相关(r=-065,P<0.0001)，表明脑脊液EVs中CatB与脑脊液的Aβ状态密切相关。图2基于ELISA的脑脊液EVs中CatB的验证由于外周血中EVs可用于监测中枢系统疾病的病变，因此研究人员对血浆样本进行血浆CatB和血浆EVsCatB水平检测。结果发现，血浆CatB在ATN组之间没有显著差异，而血浆EVs中CatB有明显变化。与淀粉样蛋白阴性组（A—）比较，淀粉样蛋白阳性组（A+）血浆EVsCatB水平显著升高，且血浆EVsCatB浓度与脑脊液Aβ42浓度呈中度负相关，表明血浆EVs中CatB与脑脊液的Aβ状态密切相关。图3基于ELISA的血浆和血浆EVs中CatB的验证总结与讨论循环小胞外囊泡作为神经系统疾病标志物研究主体有独特优势。EV-CatB（而不是血浆CatB蛋白）有可能成为AD病理分期的候选生物标志物，我们在很多标志物研究文章中都可以看到类似结论。根据已有研究文章报告，血浆/血清EVs中标志物的检测，特别是循环血液样本中的神经来源EVs中特定标志物的检测，可实现神经系统疾病（如AD）的诊断，诊断效力等同于脑脊液。血清血浆等循环样本中的小细胞外囊泡（外泌体）在分泌过程中能有效富集且特异性携带生物分子并发挥信号传递作用。特征性的囊泡膜结构可很好的保护囊泡内生物分子，不易被蛋白酶/核酸酶等降解，其作为标志物研究有独特的优势。此外，该论文的标志物筛选部分是从脑脊液EVs着手，并在血浆和脑脊液EVs进行验证。除此之外，也有不少研究文献的标志物是基于组织样本筛选，并在血浆EVs（而不是血浆）中得到反映，进而可以充当疾病诊断的循环生物标志物，研究思路和模式值得借鉴。总的来说，在这项探索性研究中，研究人员对16例ATN分类的脑脊液EVs进行了蛋白质组分析，发现11种蛋白的水平在ATN阶段转变期间显著改变，可能与阿尔茨海默病的发病机制有关，并代表了疾病阶段分类的候选生物标志物。基于脑脊液和血浆EVs的ELISA实验证实，ATN过渡期间CatB水平改变。随着AD疾病的进展，脑脊液和血浆EVs中CatB水平升高。此外，脑脊液和血浆EVs中CatB水平与脑脊液Aβ42浓度呈负相关，表明EVs中的CatB可能参与AD淀粉样蛋白的发病机制，CatB可能是AD病理分期的潜在生物标志物和治疗靶点。华盈生物--血液标志物完整解决方案构建者1）“蛋白芯片”和“蛋白质谱”双平台技术服务体系将完美助力于血液蛋白标志物的发现，双管齐下，最大限度的不漏筛低丰度的血液蛋白，发现最具临床意义的标志物。2）“外泌体研究体系”可全面筛选血液外泌体中的RNA、蛋白、脂类等，针对外泌体微量体系，后续验证阶段华盈生物可提供提供超灵敏的检测技术，最大限度减少在大队列验证过程中数据缺失值的问题。目前华盈已经实现了外泌体“分离—鉴定—标志物筛选—验证—建模”一站式服务体系。3）“20k人类蛋白组芯片”包含大约2万多种人类蛋白，可全面筛选血液自身抗体，发现肿瘤、自身免疫疾病等新的自身抗体诊断标志物。4）“ISOP单细胞功能蛋白组”可实现对单个细胞亚群的32种功能分泌蛋白组的检测，发现关键的多功能性细胞，作为肿瘤免疫治疗、CAR-T细胞治疗的预测标志物。5）“单细胞表型蛋白组”利用质谱流式细胞术（CyTOF）可以支持全血样本、组织样本、单细胞悬液等多种样本类型的分析，抗体库包含常用的人源抗体500多种，鼠源抗体300多种，可以实现对细胞亚型、细胞功能的精准分析。多年来华盈生物服务客户已经覆盖国内各大著名的高校院所和多位院士课题组。华盈的专业和专注也已获得业界普遍认可，合作者的科研成果也先后在CancerCell、PNAS、JClinInvest、NatCommun、JHepatol、SciTranslMed、Circulation等著名期刊上发表。业务咨询400-869-2936微信同号）相关文献YuyamaK,SunH,etal.ExtracellularvesicleproteomeunveilscathepsinBconnectiontoAlzheimer'sdiseasepathogenesis.Brain.2023.相关阅读1）BiomarkRes（IF=11.1）：血清外泌体miRNA作为小细胞肺癌诊断和预后生物标志物2）Gastroenterology（IF=29.4）：粪便、组织和血浆细胞外囊泡的miRNA特征诊断结直肠癌3）AnnRheumDis（IF=27.4）：强直性脊柱炎患者血浆外泌体蛋白质组学和miRNA分析4）Circulation（IF=37.8）：组织来源细胞外囊泡的多组学分析发现动脉粥样硬化和钙化主动脉瓣狭窄的独特调节因子5）Gastroenterology（IF=29.4）：暨南大学张灏团队揭示唾液细胞外囊泡miRNA用于食管癌的早期检测和预后6）Gastroenterology（IF=33.883）：外泌体miRNA用于胰腺导管腺癌早期诊断7）Gastroenterology（IF=33.883