繼阿爾茨海默病之后第二常見的神經(jīng)退行性疾病--帕金森?。≒arkinson’s disease，PD），其人群患病率為0.2%。該病特征是多巴胺能神經(jīng)元的逐漸喪失，并在剩余神經(jīng)元的細胞質(zhì)中積聚一種稱為路易小體的含有突觸核蛋白的蛋白質(zhì)聚集體。由于多巴胺能神經(jīng)元丟失，PD表現(xiàn)為運動遲緩、震顫和強直。鑒于全球范圍內(nèi)PD患者數(shù)量的增加，以及不斷升級的經(jīng)濟和社會影響，迫切需要疾病改善治療方法，若能找到特異、無創(chuàng)、靈敏的、作為該病早期的biomaker，這將為該病的治療或及時阻斷病程發(fā)展提供強有力的幫助。

Matthias Mann教授團隊，在EMBO Mol Med上發(fā)表了題為“Urinary proteome profiling for stratifying patients with familial Parkinson’s disease”的研究論文。文章對包含PD患者在內(nèi)的200多例尿液樣本進行蛋白組學(xué)分析，揭示了由于LRRK2 G2019S基因的突變導(dǎo)致的尿蛋白組差異變化，同時結(jié)合機器學(xué)習，對基因突變攜帶者的突變狀態(tài)和疾病表現(xiàn)進行了分類。

技術(shù)路線

結(jié)果速遞

01尿液樣本的蛋白質(zhì)組學(xué)特征

運用PVDF膜過濾樣本，結(jié)合質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，對來自兩個獨立隊列的235例尿液樣本進行了系統(tǒng)研究。研究分別鑒定到4564個和5725個蛋白質(zhì)，其中前10個最豐富的蛋白質(zhì)約占總尿蛋白質(zhì)組信號的一半(圖1D和E)。此外，在兩組樣本中被共同定量到的蛋白質(zhì)有2051個，是迄今為止單次分析中覆蓋最深的尿液蛋白質(zhì)組。

02 尿樣蛋白質(zhì)量過濾

樣品在采集過程會因為環(huán)境因素和人為因素的污染導(dǎo)致對分析結(jié)果產(chǎn)生嚴重影響，從而可能會錯過或者得到準確的生物標志物。作者用紅細胞、消化系統(tǒng)中細胞或細胞碎片的污染程度來剔除了來自Columbia隊列的6個樣本和來自LCC隊列的4個樣本強度明顯增加的污染標記物，用PCA分析也排除了一個Columbia隊列離群樣本。最后作者對過濾后蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)進行了全局相關(guān)性分析及PCA分析，發(fā)現(xiàn)性別是尿蛋白質(zhì)組個體差異的主要影響因素。

03 PD組尿液中相關(guān)蛋白質(zhì)組改變的檢測

通過比較健康對照組和PD患者尿液蛋白組，發(fā)現(xiàn)了371種蛋白質(zhì)（FDR＜5%，Columbia隊列298種，LCC隊列73種）顯著變化。研究者發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)特征在兩個獨立隊列之間具有高度相關(guān)性。通過GO功能分析，差異蛋白在骨骼發(fā)育，生長因子活性等功能中顯著富集。

04 致病性LRRK2依賴性的變化與溶酶體和鞘糖脂代謝有關(guān)

LRRK2是目前為止與PD關(guān)聯(lián)最大的單個基因，LRRK2錯義突變病例占了整體病例的3%。所以文章研究了尿液蛋白質(zhì)組是否因LRRK2 G2019S突變的存在而改變。研究者比較了LRRK2G2019S突變攜帶者與野生非攜帶者的尿液蛋白組，找到了237種差異蛋白(FDR＜5%，Columbia隊列166種，LCC隊列104種）；對共定量蛋白（227個）豐度相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)兩個隊列中蛋白倍數(shù)變化相似。GO功能分析發(fā)現(xiàn)LRRK2 G2019S突變會引發(fā)溶酶體功能失調(diào)。

05 機器學(xué)習

研究者將Columbia和LCC兩個隊列的所有樣本蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)合并，通過機器學(xué)習模型，實現(xiàn)了PD患者和LRRK2G2019S攜帶者高敏感性和特異性的分層。根據(jù)機器學(xué)習模型的性能，VGF，LTF，CELA3A，TUBB4B和SOD2成為潛在候選蛋白，可作為早期指示疾病發(fā)展的預(yù)測標記。

小結(jié)

文章基于質(zhì)譜的尿液蛋白質(zhì)組分析工作流程，對兩個獨立PD患者隊列的最小體積（100uL）的200多個尿液樣本中進行定量定性分析，發(fā)現(xiàn)PD患者和健康對照組之間、以及兩個隊列中LRRK2 G2019S攜帶者和非攜帶者之間的尿液蛋白質(zhì)組顯著不同，其中LRRK2 G2019S突變個體的溶酶體失調(diào)，與機器學(xué)習相結(jié)合時，VGF、ENPEP等PD相關(guān)蛋白是最具鑒別性的特征蛋白。綜上所述，研究結(jié)果驗證了尿液蛋白質(zhì)組對于PD患者的生物標志物發(fā)現(xiàn)和患者分類是一種有價值的研究方法。

文章名稱：尿蛋白質(zhì)組分析用于家族性帕金森病患者分型

研究對象：235例尿液

期刊：EMBO Mol Med

影響因子：8.821

技術(shù)策略：DIA蛋白質(zhì)組學(xué)