? ? ? ?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(jì)，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(yán)重的認(rèn)知功能減退、進(jìn)行性記憶喪失、逆行性和順行性健忘癥，并伴有嚴(yán)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(jìn)行了積極的研究和藥物開發(fā)，但尚未完全了解這種大腦退化的確切原因。2021年08月12日，Molecular Neurodegeneration（IF：9.599）雜志上在線發(fā)表了題為“Proteomic landscape of Alzheimer’?s Disease: novel insights into pathogenesis and? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? biomarker discovery”的綜述論文。該文討論了蛋白質(zhì)分析技術(shù)應(yīng)用的歷史、現(xiàn)狀和未來，提供了AD蛋白質(zhì)組學(xué)的整體圖景，揭示了AD的發(fā)病機(jī)制和潛在生物標(biāo)志物的新見解。

蛋白組分析和質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展

? ? ? 概述了上個(gè)世紀(jì)基于質(zhì)譜（MS）的蛋白質(zhì)分析的主要事件（圖1）。

? ? ? ?基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)分析通常包括三個(gè)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(gè)步驟都提供了多種策略來實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)鑒定和定量的最終分析目標(biāo)。

? ? ? ?除了MS，還可以使用特定的親和試劑來分析蛋白質(zhì)，例如基于抗體（例如蛋白質(zhì)芯片、ELISA和鄰位延伸分析技術(shù)(proximity extension assay，PEA)）和基于適配體（例如SOMAscan）。這些非MS技術(shù)在處理大量樣品時(shí)是有利的，但目前試劑可用性和特異性的缺陷阻礙了全蛋白質(zhì)組的覆蓋率。

AD蛋白質(zhì)組的無偏分析

? ? ? 到目前為止，三個(gè)獨(dú)立的研究組分別使用TMT-LC/LC-MS/MS平臺(tái)從總共192個(gè)AD和對(duì)照樣本（圖3）中獲得了七個(gè)深層蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)集（每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別>8,000個(gè)蛋白質(zhì)）。這些數(shù)據(jù)集為薈萃分析提供了一個(gè)極好的機(jī)會(huì)，以增強(qiáng)統(tǒng)計(jì)能力。將這些數(shù)據(jù)集匯編成共12,017個(gè)蛋白的列表，計(jì)算了log2(AD/CONTROLY)比值和p值，然后用Fisher’s方法和Benjamini-Hochberg進(jìn)行FDR校正，篩選得到2,698個(gè)差異蛋白(FDR<1%)。并根據(jù)不同細(xì)胞類型匯總了特定蛋白圖譜，DE列表包含638個(gè)細(xì)胞類型特定蛋白，包括140個(gè)星形膠質(zhì)細(xì)胞、337個(gè)神經(jīng)元、10個(gè)少突膠質(zhì)細(xì)胞、118個(gè)小膠質(zhì)細(xì)胞和33個(gè)內(nèi)皮細(xì)胞。支持了多種細(xì)胞類型在AD發(fā)病機(jī)制中的作用。

蛋白質(zhì)組學(xué)圖譜揭示AD進(jìn)展機(jī)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(gè)簡(jiǎn)單的平衡模型來討論已識(shí)別的DE蛋白在AD發(fā)展過程中的作用（圖4）。在AD無癥狀階段激活的生物學(xué)過程和細(xì)胞通路中，有些可能發(fā)揮保護(hù)作用。然而，隨著疾病進(jìn)展過程中有害損傷的加劇，保護(hù)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)。

? ? ? ?在AD發(fā)病之前，一些已確定的DE蛋白可能起到保護(hù)作用，如Netrin-1(NTN1)、Netrin-3(NTN3)、Midkine(MDK)、PTN、HGF和WNT5B，特別是在表現(xiàn)出高Aβ病理但沒有臨床癥狀的病例中。與AD相關(guān)的DE列表中包含大量補(bǔ)體蛋白（C1QA、C1QB、C1QC、C1QL1、C1QTNF5、C1R、C1S、C3、C4A和C4B）。在大規(guī)模的GWAS分析中，補(bǔ)體基因CR1和C7被確定為AD的危險(xiǎn)基因。在AD(APP/PS1)小鼠中敲除C3被證明可以挽救突觸丟失和記憶衰退。在tau病理模型(PS19小鼠)中敲除C3aR(C3a受體)也可以減少炎癥、突觸缺陷和tau病理特征。因此，補(bǔ)體系統(tǒng)會(huì)影響阿爾茨海默病進(jìn)展中的多種分子和細(xì)胞事件。此外，還有一些神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子在從MCI到AD的轉(zhuǎn)變過程中減少，例如VGF、BDNF、NRN1和CRH。但這些AD相關(guān)蛋白的功能很可能在疾病長(zhǎng)期發(fā)展過程中是多因素的，并且它們是起到保護(hù)作用還是有害作用取決于時(shí)間、區(qū)域和細(xì)胞環(huán)境。

AD中的翻譯后修飾蛋白質(zhì)組

? ? ? ? ?體內(nèi)蛋白質(zhì)功能受到無數(shù)翻譯后修飾和動(dòng)態(tài)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的嚴(yán)格調(diào)控。在表現(xiàn)出tau病變的神經(jīng)退行性疾病中，tau纖維結(jié)構(gòu)上的不同構(gòu)象可對(duì)疾病亞型進(jìn)行分類。Tau聚集與廣泛的PTMs相關(guān)，包括磷酸化、泛素化、乙?；⒓谆?、糖基化、蘇木化和氧化等。最近報(bào)道了一系列通過MS策略對(duì)AD大腦進(jìn)行的全面的tau PTM分析。在42例對(duì)照組和49例AD患者的多個(gè)tau亞型上，共鑒定出95個(gè)修飾事件(磷酸化55個(gè)，泛素化17個(gè)，乙?；?9個(gè)，甲基化4個(gè))。PTM可能按順序發(fā)生，并通過改變表面電荷來促進(jìn)tau聚集和播種活性。AD患者tau PTM的這些圖譜揭示了分子異質(zhì)性和疾病的分期。目前的MS平臺(tái)和富集策略使得能夠?qū)D標(biāo)本中的PTMs進(jìn)行蛋白質(zhì)組范圍內(nèi)的集中分析。已經(jīng)出現(xiàn)了大量的數(shù)據(jù)集，特別是在磷酸蛋白質(zhì)組中，大量的PTM信息也可以在線獲得(www.phosphosite.org)?？傊@些全面的PTM數(shù)據(jù)集對(duì)于研究AD發(fā)病機(jī)制期間的信號(hào)通路具有重要意義。

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(jìn)展。作者整合了6個(gè)深層腦脊液蛋白組學(xué)的數(shù)據(jù)集(每個(gè)>1,000個(gè)蛋白，總計(jì)260個(gè)AD和對(duì)照組)，共獲得5939個(gè)蛋白數(shù)據(jù)，其中包括311個(gè)上調(diào)蛋白和165個(gè)下調(diào)蛋白（圖5，F(xiàn)DR < 1 %）。為了加強(qiáng)對(duì)特定CSF生物標(biāo)志物的選擇，整合CSF和腦蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)集。將腦脊液中的這些DE蛋白與腦蛋白質(zhì)組取交集，共獲得65種關(guān)鍵上調(diào)蛋白（例如MAPT、SMOC1、HTRA1、PDLI M5、PRDX6、RUVBL2、CALB2、ARFGAP3、SPP1和DPCD）和44種關(guān)鍵下調(diào)蛋白（例如NPTX2、VGF、PDHA1、NDUFV1、NDUFA2、NDUFA12、NDUFA13、NDUFS3、ATP5B?和?ATP5J）。薈萃分析為未來驗(yàn)證提供了AD CSF蛋白質(zhì)組資源。細(xì)胞外囊泡（EV）能夠?qū)⒛X蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到血液中，因此血液也成為研究AD的另一種可行性樣本。EV是高度異質(zhì)的納米級(jí)脂質(zhì)囊泡，可以釋放到細(xì)胞外環(huán)境中進(jìn)行細(xì)胞通訊。EV可攜帶和傳播AD相關(guān)蛋白，包括APP、Aβ和tau等。越來越多的證據(jù)表明EV蛋白成分與AD相關(guān)，因此對(duì)于EV蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行全面分析有利于更全面的表征AD生物標(biāo)志物。

總結(jié)：

? ? ? ? 總之，目前的深度蛋白質(zhì)組學(xué)研究已經(jīng)以前所未有的規(guī)模對(duì)大腦和生物流體進(jìn)行了分析，提出了許多新的假設(shè)以供后續(xù)驗(yàn)證。值得注意的是，AD是一種不可逆的神經(jīng)退行性疾病，是一種接近終末期的疾病，其中許多細(xì)胞途徑和生物過程受到干擾。隨著基于MS或非MS蛋白質(zhì)組學(xué)方法的進(jìn)一步發(fā)展，發(fā)現(xiàn)更多的分子改變和特征蛋白質(zhì)也就不足為奇了。同時(shí)，根據(jù)這里討論的這些分子見解的假設(shè)開發(fā)新的AD模型，為AD和AD亞型提供潛在的治療策略和新型候選生物標(biāo)志物。