阿茲海默癥(Alzheimer’s disease, AD)，又稱老年癡呆癥，是一種常見的神經(jīng)退化性腦部疾病。大腦葡萄糖代謝異常、稱為斑塊的蛋白質(zhì)的異常積累和神經(jīng)原纖維纏結(jié)是阿爾茨海默病(AD)的神經(jīng)病理學(xué)特征。但是它們與疾病的發(fā)病機(jī)制及彼此之間的關(guān)系尚不清楚。本篇文獻(xiàn)主要通過琥珀?；揎棧环N與葡萄糖代謝水平密切相關(guān)的蛋白翻譯后修飾， 揭示了代謝異常和AD病理之間的潛在聯(lián)系。

研究成果于2022年1月20日發(fā)表在國際期刊Nature Communications上，題為“Altered succinylation of mitochondrial proteins, APP and tau in Alzheimer’s disease”的研究論文，通訊作者是威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的Gary E. Gibson教授。利用蛋白質(zhì)琥珀?；揎椊M學(xué)和TMT定量蛋白質(zhì)組學(xué)分別對對照組及AD組的腦組織樣本進(jìn)行蛋白定量研究，結(jié)果表明琥珀?；赡軐D相關(guān)的代謝缺陷與淀粉樣蛋白前體 (amyloid precursor protein, APP) 和tau蛋白的結(jié)構(gòu)、功能、病理改變聯(lián)系起來。

研究成果

人腦組織琥珀?；M和定量蛋白質(zhì)組全局分析

研究人員分別通過非標(biāo)記定量、TMT標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)（圖1a,c）在AD和健康組腦組織標(biāo)本中鑒定到314種琥珀?；揎椀牡鞍踪|(zhì)以及4678種蛋白質(zhì)（圖1b, d），其中琥珀?；揎椀鞍捉M中有20個修飾蛋白質(zhì)顯著差異（其中包括tau和APP）。研究人員將314個琥珀?；鞍走M(jìn)行了亞細(xì)胞定位分析，有趣的是其中百分之73的蛋白質(zhì)為線粒體蛋白。其中連接糖酵解和三羧酸循環(huán)的丙酮酸脫氫酶復(fù)合物E1α亞單位(PDHA1)發(fā)生顯著琥珀?；?。

圖1：AD及健康腦組織中蛋白質(zhì)組學(xué)譜及琥珀酰化修飾的全局分析

AD腦組織中琥珀?；鞍捉M差異分析

研究人員將對照組和AD組的鑒定到的琥珀酰化蛋白及全局蛋白進(jìn)行比較。對定量到的琥珀?；揎椢稽c進(jìn)行差異篩選，其中來源于20個不同蛋白的29個琥珀?；揎楇亩卧贏D組和對照組之間存在顯著差異（圖3a，b），其中10個修飾水平顯著上調(diào)的修飾肽段和19個修飾水平顯著下調(diào)的肽段，其中絕大多數(shù)的修飾水平下調(diào)的肽段均位于線粒體蛋白，而修飾水平上升為顯著的蛋白則多為胞質(zhì)蛋白。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個琥珀酰化水平上升快的且對AD病理至關(guān)重要的蛋白質(zhì)tau K311和APP K612，其琥珀?；揎椫淮嬖谟贏D患者的腦組織中，在健康組中并沒有出現(xiàn)（圖3b，c）。

圖2：對照組和AD患者的大腦組織中琥珀?；鞍撞町惐容^

APP蛋白和tau蛋白琥珀?；揎椆δ芊治?/p>

研究人員利用模擬AD的模型小鼠 (TgP301S) 通過免疫熒光技術(shù)進(jìn)一步研究APP和tau的琥珀?；揎椝脚cAD疾病進(jìn)展的關(guān)聯(lián)。結(jié)果顯示APP賴氨酸琥珀?；降脑缙谏仙坪跖cAβ低聚物的聚集相關(guān)（圖3c）。隨后研究人員測試了琥珀酰化與分泌酶處理的APP之間的關(guān)系，合成了APP上可被分泌酶識別的序列，發(fā)現(xiàn)當(dāng)序列上帶有琥珀?；揎棔r會完全克制其被α-分泌酶的切割，說明琥珀?；揎椏煽酥痞?分泌酶的切割過程進(jìn)而促進(jìn)Aβ生成。此外研究人員還通過體外實驗檢測到APP K612的琥珀酰化修飾能夠加速Aβ寡聚化。

圖3：AD患者大腦中APP蛋白上K612獨特琥珀酰化作用

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)通過雙熒光共定位分析發(fā)現(xiàn)，tau的琥珀?；揎椝絽^(qū)別于持續(xù)增長的磷酸化修飾水平，tau的琥珀?；揎椝絽s隨著小鼠年齡的增長而下降而APP的琥珀?；揎椝皆贏D發(fā)展中持續(xù)上升，這也揭示了在AD發(fā)展過程中兩種修飾在調(diào)節(jié)tau功能上存在潛在的相互聯(lián)系。

圖4：AD患者大腦中tau蛋白上K311獨特琥珀?；饔?/p>

總體來說，本篇文章主要通過質(zhì)譜技術(shù)，利用抗體特異性富集琥珀?；揎楇亩?，發(fā)現(xiàn)了與阿爾茨海默癥密切相關(guān)的琥珀?；揎椢稽c，并對AD病理中關(guān)鍵的tau蛋白和APP蛋白上的琥珀?；揎椆δ苓M(jìn)行了研究。

阿爾茨海默病中線粒體蛋白、APP和tau蛋白琥珀?；淖兓?/p>

期刊名稱：Nature Communications

影響因子：12.121

樣本選擇：AD組和健康組腦組織樣本（n=10)

技術(shù)策略：琥珀?；揎椀鞍捉M學(xué)、TMT 定量蛋白組學(xué)