阿尔兹海默症专题系列 | 还需多少努力，才能让你不要忘了我

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阿尔兹海默症专题系列 | 还需多少努力，才能让你不要忘了我

精准医学与蛋白组学

2020.11.25

景杰学术 | 报道

Editor''s note

编者按

2020年是阿尔兹海默症成果频出的一年，精准医学与蛋白组学公众号截至目前已解读了本年度AD相关的蛋白质组学高分文献7篇。特此，我们推出《阿尔兹海默症专题系列》，本系列共2期，划分为蛋白质组学、蛋白质修饰组学模块，将针对一部分科研“风向标”进行梳理和罗列，以此为致力于AD研究的科研工作者提供思路，并致以崇高的敬意，期待国人早日攻克AD！

20世纪初，德国医生阿勒斯·阿尔兹海默（Alois Alzheimer, 1864-1915）首次利用显微镜观察到患者奥古斯特·德特尔（Auguste Deter）大脑中出现小粟粒灶和被碱性染料深染的神经原纤维，将其命名为阿尔兹海默症（Alzheimer’s disease, AD），其是一种不可逆性神经退行性疾病，致病因素复杂多样。

经过科学家们几十年来不懈的努力，许多AD标志性病理特征，诸如β-淀粉样蛋白沉积、Tau蛋白功能异常等终于被了解，但这些里程碑式的发现却仍然未能帮助我们找到AD的治疗方法。据统计，目前全球约有5,000万AD患者，其不仅严重威胁了患者的生存质量，也给患者的亲友带来了不可小觑的精神压力和经济压力。近些年，利用基于高灵敏度质谱技术的蛋白质组学手段，精准了解AD患者大脑蛋白质网络的复杂变化以找到有效的预防、治疗药物便成为了许多科学家努力的方向。

迄今为止最大规模的阿尔兹海默症蛋白组学研究

期刊及影响因子：Nature Medicine （IF=30.641）

题目：Large-scale proteomic analysis of Alzheimer’s disease brain and cerebrospinal fluid reveals early changes in energy metabolism associated with microglia and astrocyte activation

发布时间：2020年4月13日

作者及单位：美国埃默里大学医学院Allan I. Levey教授及其合作者

样本策略：453例人源脑前额叶背外侧皮质组织样本（DLPFC），其中还收集了110例AD患者脑颞叶皮质、楔前叶组织样本；以及上百例6种不同的神经退行性疾病患者DLPFC组织

质谱策略：Label-Free蛋白质组定量方法、TMT标记蛋白质组定量、靶向定量蛋白质组学PRM技术

研究思路及结果：

研究首先进行了453例正常人、无认知障碍AD以及有认知障碍AD的阿尔兹海默症患者的脑前额叶背外侧皮质组织样本（DLPFC）的Label-Free蛋白质组定量分析，通过WGCNA算法生成了AD相关的蛋白质共表达网络，并进一步应用TMT标记定量和靶向PRM定量技术进行了验证，揭示了许多蛋白质共表达网络模块与AD的联系。

为了评估蛋白质共表达网络在其他脑区是否相似，研究人员又比对了110例AD患者的脑颞叶皮质、楔前叶组织样本的蛋白组与上述结果的异同，发现AD蛋白共表达网络在AD中受共同影响的脑区普遍存在。

那么，衰老是否对AD产生了最关键影响？研究人员又具体分析了84名30-69岁个体的大脑前额叶背外侧皮质组织，以评估衰老对蛋白质共表达网络的影响。结果表明，在蛋白质组水平上，衰老与AD的关系是复杂的，一些（但不是全部）AD相关的蛋白质组共表达模块受衰老过程的影响。

为了进一步探讨这些蛋白质共表达网络对AD的特异性，研究人员用Label-Free蛋白质组对331例6种不同的神经退行性疾病对照和AD患者的DLPFC组织进行了分析，并结合PRM靶向定量进行了验证。结果表明，所有病例的蛋白质水平在LFQ和PRM测量之间高度相关，FTLD和CBD表现出许多与AD相似的变化，但并非所有的神经退行性疾病在疾病终末期都同样影响DLPFC区域。

综上，研究对2,000多个人脑组织样本和近400个脑脊液样本进行了系统分析，结果突出了炎症、糖代谢、线粒体功能、突触功能、RNA相关蛋白和胶质细胞在AD发病机制中的重要性。

Nature Medicine重磅突破，报道迄今为止最大规模的阿尔兹海默症蛋白组学研究

消失的记忆能恢复吗？蛋白质组学揭示阿尔兹海默症发病机制及改善关键

期刊及影响因子：Cell Stem Cell（IF=20.86）

题目：Interneuron Accumulation of Phosphorylated tau Impairs Adult Hippocampal Neurogenesis by Suppressing GABAergic Transmission

发布时间：2020年3月5日

作者及单位：华中科技大学同济医学院王建枝、郑杰等研究人员

样本策略：AD患者和小鼠的海马神经源环境

质谱策略：蛋白质组学和磷酸化修饰组学（景杰生物提供技术支持）

研究思路及结果：

研究者首先在AD患者和小鼠的海马神经源环境包括颗粒下区（SGZ）和齿状回区（DG）发现了磷酸化tau（pTau）蛋白的大量积累，进一步通过共标记定位实验发现，大部分pTau阳性的细胞为GABA能中间神经元，提示pTau可能参与神经元再生缺陷和AD发病。

接下来研究者探究了齿状回GABA能中间神经元中人源tau（hTau）的积累是如何影响海马神经发生的，于是过表达了hTau蛋白在小鼠模型上展开研究，结果显示小鼠DG神经元中hTau的特异性过表达诱导了海马神经发生（AHN）缺陷，其主要是在GABA能神经元中发挥作用，并且hTau的过度表达增加了神经干细胞来源的星形胶质细胞增生和神经发生受损。

为了进一步探索中间神经元中hTau过表达诱导AHN缺陷和NSC衍生星形胶质细胞增生的潜在神经生物学机制，研究者使用了蛋白质组学和磷酸化修饰组学技术，结果提示兴奋性神经元的化学发生抑制或药理性增强GABA能速率可以挽救tau诱导的AHN缺陷并改善认知能力。

综上，研究者发现齿状回GABA能中间神经元磷酸化tau的积累破坏了海马的神经发生并促使星形胶质细胞增生。进一步利用蛋白组学和磷酸化修饰组学技术，揭示出GABA能中间神经元中过表达hTau诱导局部神经网络过度激活，通过强化GABA能信号可以挽救AD小鼠的神经发生并改善认知功能。

消失的记忆能恢复吗？Cell Stem Cell：蛋白质组学揭示阿尔兹海默症发病机制及改善关键

最一致的AD信号，超深度蛋白质组证实线粒体蛋白可作为阿尔茨海默症的新标志物

期刊及影响因子：Molecular Neurodegeneration（IF=9.599）

题目：Integrated analysis of ultra-deep proteomes in cortex, cerebrospinal fluid and serumreveals a mitochondrial signature in Alzheimer''s disease

发布时间：2020年7月25日

作者及单位：美国圣裘德儿童研究医院彭隽敏教授团队

样本策略：110例人脑组织、20例CSF和11例血清样本

质谱策略：TMT蛋白质组学定量技术

研究思路及结果：

研究运用TMT蛋白质组学定量技术对10个蛋白质组学数据集的全面整合分析，总共包括来自365例AD、MCI（轻度认知障碍）以及健康人群的17541个蛋白（13216个基因）。

之后，通过超深度脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）蛋白质组分析定量到一些特异性蛋白和差异蛋白，分析涵盖了大多数先前报道的AD中CSF生物标志物，并揭示了AD患者中线粒体蛋白表达水平显著降低。分析结果表明，SMOC1、GPNMB（已被报道过）以及C1QTNF5、OLFML3、SPON1、SLIT2（新颖）可作为CSF的潜在生物标志物，它们的蛋白表达水平在轻度认知障碍患者的皮质中开始升高，这暗示了其作为AD早期诊断生物标志物的潜力。

研究人员接下来系统地比较了CSF、血清和皮质的蛋白质组学结果，分析发现交集的差异蛋白中绝大多数为线粒体蛋白质。综合分析表明，线粒体蛋白的改变是作为从大脑皮层传递到脑脊液和血清最一致的AD信号。经ELISA和TOMAHAQ检测验证，证实了AD中GPNMB表达增加；基于TOMAHAQ的靶向MS分析验证，证实AK2和PCK2的表达减少。

综上，研究表明了AD皮层、CSF和血清中许多线粒体蛋白发生了明显变化，也发现了许多具有高可信度的AD候选生物标志物。

最一致的AD信号，超深度蛋白质组证实线粒体蛋白可作为阿尔茨海默症的新标志物

由于阿尔兹海默症主要是由神经元的大量不可逆性死亡引起的，并且神经元无法再生，因此控制它的关键在于早期发现及干预，而这迫切需要发现新的分子机制和诊断标志物。越来越多的研究者开始对人类样品进行无偏蛋白质组分析，为认识和攻克AD提供了新的见解和思路。以上这些宝贵的科研成果均是运用高通量蛋白质组学进行的临床大样本阿尔兹海默症研究，不仅在宏观层面上令我们对影响AD发生发展的相关蛋白有了更加全面的了解，并且，对于AD生物标志物的筛选以及新型靶向AD药物的研发也是具有启迪意义的，是AD研究中的宝贵资源。

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参考文献：

[1] Erik C. B. Johnson, et al., 2020, Large-scale proteomic analysis of Alzheimer’s disease brain and cerebrospinal fluid reveals early changes in energy metabolism associated with microglia and astrocyte activation. Nature Medicine.

[2] Jie Zheng, et al. 2020. Interneuron Accumulation of Phosphorylated tau Impairs Adult Hippocampal Neurogenesis by Suppressing GABAergic Transmission. Cell Stem Cell.

[3] Wang H, et al. 2020. Integratedanalysis of ultra-deep proteomes in cortex, cerebrospinal fluid and serumreveals a mitochondrial signature in Alzheimer''s disease. Mol Neurodegener.

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