繼前幾期不同蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在阿爾茨海默癥中的應(yīng)用系列文章分享之后，本期給大家?guī)淼鞍踪|(zhì)組學(xué)在阿爾茨海默癥biomarker研究中的應(yīng)用案例。下面跟著小編一起來看看吧~

阿爾茨海默癥(AD)是一種與衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病。據(jù)估計，全世界約有5000萬人患有阿爾茨海默癥和其他類型的癡呆。該病的主要臨床表現(xiàn)為嚴重的認知功能減退、進行性記憶喪失、逆行性和順行性健忘癥，并伴有嚴重的組織病理學(xué)改變，如海馬體退化和隨后的皮質(zhì)喪失。廣泛的分子研究揭示了這種疾病的病理特征是β-淀粉樣蛋白(Aβ)聚集和tau蛋白過度磷酸化。盡管數(shù)十年來進行了積極的研究和藥物開發(fā)，但尚未完全了解這種腦退化的確切原因。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于各種疾病的檢驗，對于了解AD疾病的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及尋找特異性的biomarker提供了重要幫助。

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基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)分析通常包括三個主要步驟：

(i)?質(zhì)譜前樣品處理；

(ii)?質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集；

(iii)?質(zhì)譜后生物信息學(xué)分析，每個步驟都提供了多種策略來實現(xiàn)蛋白質(zhì)鑒定和定量的最終分析目標(biāo)。

圖1.?蛋白質(zhì)組學(xué)研究策略

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蛋白質(zhì)組學(xué)圖譜揭示AD進展機制

基于AD的蛋白質(zhì)組學(xué)分析數(shù)據(jù)，作者繪制了一個簡單的平衡模型來討論已識別的DE蛋白在AD發(fā)展過程中的作用（圖2）。在AD無癥狀階段激活的生物學(xué)過程和細胞通路中，有些可能發(fā)揮保護作用。然而，隨著疾病進展過程中有害損傷的加劇，保護作用已經(jīng)耗盡。由此產(chǎn)生的不平衡導(dǎo)致神經(jīng)元退化和臨床癥狀的出現(xiàn)。但這些AD相關(guān)蛋白的功能很可能在疾病長期發(fā)展過程中是多因素的，并且它們是起到保護作用還是有害作用取決于時間、區(qū)域和細胞環(huán)境。

圖2. AD疾病進展過程中有害和保護因素的平衡模型

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基于蛋白質(zhì)組學(xué)的AD生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)

基于質(zhì)譜的腦脊液蛋白質(zhì)組學(xué)研究，在發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物方面取得了令人振奮的進展。在許多蛋白質(zhì)組學(xué)研究中，高豐度蛋白往往會掩蓋低豐度蛋白，因此去除高豐度蛋白是提高低豐度蛋白質(zhì)檢測的常用方法。作者整合了6個深層腦脊液蛋白組學(xué)的數(shù)據(jù)集(每個>1,000個蛋白，總計260個AD和對照組)，共獲得5939個蛋白數(shù)據(jù)，其中包括311個上調(diào)蛋白和165個下調(diào)蛋白（圖3），為將來的驗證提供了AD腦脊液蛋白質(zhì)組資源。

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?與腦脊液分析相比，AD血漿/血清樣本的深度MS分析比較有限，由于血腦屏障的原因，大腦中的分子變化可能不容易在血液中檢測到。另外由于獨特的血液成分（極大的動態(tài)范圍，例如從白蛋白(~50 mg/ml)到白介素6(~4.2pg/ml)）也給分析帶來一定的挑戰(zhàn)。因此AD血液樣本中低豐度蛋白的檢出對于生物標(biāo)志物的研究具有巨大的應(yīng)用前景。接下來，介紹兩篇血液標(biāo)志物研究的應(yīng)用案例????

案例一

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研究背景

記憶力減退是阿爾茨海默病?(AD)?最常見的臨床癥狀，因此尋找預(yù)測認知能力下降的外周生物標(biāo)志物對于早期診斷AD是很有前途的。由于血小板與神經(jīng)元生物學(xué)有相似之處，它可以作為神經(jīng)系統(tǒng)疾病生物標(biāo)志物的外周基質(zhì)。該研究采用TMT-LC-MS/MS對輕度認知障礙(MCI)、重度認知障礙(AD)和年齡/性別匹配的正常認知對照組(Ctrl)的研究隊列進行了全面深入的血小板蛋白質(zhì)組學(xué)分析。系統(tǒng)的闡釋了在認知衰退過程中，血小板作為最穩(wěn)定的外周基質(zhì)所體現(xiàn)的生物學(xué)意義。并結(jié)合機器學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了具有AD早期診斷價值的血小板蛋白生物標(biāo)志物。

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樣本策略

10例輕度認知障礙（MCI）、9?例重度認知障礙（AD）和?9?例年齡/性別匹配的健康對照組（Ctrl）的血小板樣本。

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技術(shù)策略

TMT蛋白質(zhì)組學(xué)+WB+機器學(xué)習(xí)

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研究思路

通過TMT蛋白質(zhì)組學(xué)共檢測到2994種血小板蛋白，與對照組相比，在?MCI?和?AD?患者中共檢測到?360?種差異蛋白。這些差異蛋白參與多種?KEGG?途徑，包括?AD、AMP?活化蛋白激酶?(AMPK)?途徑、端粒酶?RNA?定位、血小板活化和補體活化。通過與MMSE評分的相關(guān)性分析，確定了三個正相關(guān)通路和兩個負相關(guān)通路與MCI和AD患者的認知能力下降密切相關(guān)。偏最小二乘判別分析?(PLS-DA)?顯示?PHB、UQCRH、CD63、GP1BA、FINC、RAP1A、ITPR1/2?和?ADAM10?等?9?種蛋白質(zhì)的變化可以有效區(qū)分認知障礙患者和對照組。進一步的機器學(xué)習(xí)分析顯示，四種減少的血小板蛋白組合，即?PHB、UQCRH、GP1BA?和?FINC，最有希望預(yù)測?MCI?和?AD?患者的認知能力下降?？傊?，該研究提供了一組用于預(yù)測認知能力下降的血小板生物標(biāo)志物，可用于?AD?的早期篩查。

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案例二

研究背景

流行病學(xué)資料顯示2型糖尿病(T2DM)患者的阿爾茨海默癥(AD)發(fā)病率較高，認為T2DM是AD發(fā)展的重要危險因素。因此，識別與輕度認知障礙(MCI)相關(guān)的外周生物標(biāo)志物對AD的早期診斷具有重要意義。該研究針對伴有MCI的T2DM患者(T2DM-MCI)和不伴有MCI的T2DM患者(T2DM-NMCI)進行了血小板蛋白質(zhì)組學(xué)分析。并結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，獲得了針對2型糖尿病人群預(yù)測認知能力下降的組合生物標(biāo)志物。

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樣本策略

組學(xué)隊列：T2DM-NMCI 10例、T2DM-MCI 9例的血小板樣本；

驗證隊列：T2DM-NMCI 30例、T2DM-MCI 34例的血小板樣本。

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技術(shù)策略

TMT蛋白質(zhì)組學(xué)+ELISA+WB+機器學(xué)習(xí)

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研究思路

共檢測到2994個血小板蛋白，其中46個差異表達蛋白(DEP)在T2DM-MCI與T2DM-NMCI之間(p<0.05)。DEPS的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)調(diào)控主要涉及內(nèi)吞作用、過氧化物酶、ErbB、磷脂酰肌醇等信號通路。Pearson分析顯示，與有絲分裂/自噬、胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和糖酵解/糖異生途徑相關(guān)的蛋白可能是T2DM患者認知能力下降的潛在血小板生物標(biāo)志物。其中，Aβ1-42/Aβ1-40和rGSK-3β(T/S9)的升高可以區(qū)分T2DM-MCI和T2DM-NMCI。機器學(xué)習(xí)顯示，OPTN和rGSK-3β的組合可有效提高MCI的鑒別能力，驗證集的ROC分析顯示，其AUC?為?0.927，準確度為85.9%，靈敏度為85.3%，特異性為?86.7%。對預(yù)測2型糖尿病患者認知能力下降具有較好的應(yīng)用前景。

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END