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OVERVIEW: 来自香港科技大学-分子神经科学中心的研究人员利用Simoa平台和多重邻位延伸分析技术(PEA)对阿尔兹海默症(AD)患者血浆蛋白质组进行了迄今为止最全面的表征，发现 19种血浆蛋白可捕获AD血浆的整体蛋白质组谱，从而对AD进行了高精度的分类，比血浆ATN生物标记物更准确，为临床AD筛查和分期的高性能血液检测奠定了基础。

题目：Large-scale plasma proteomic profiling identifies a high-performance biomarker panel for Alzheimer’s disease screening and staging大规模血浆蛋白质组学分析确定了用于阿尔茨海默病筛查和分期的高性能生物标志物组合

期刊：Alzheimer's & dementia : the journal of the Alzheimer's Association;IF=17.127

作者及单位: Yuanbing Jiang香港科技大学-分子神经科学中心

研究背景：随着血液检测被广泛用于辅助代谢、免疫或心血管疾病的诊断， AD的血液生物标记物的开发是疾病早期风险筛查和长期疾病监测的潜在解决方案。超灵敏和高通量蛋白质测量技术的最新进展已使血液的大规模蛋白质组学分析成为可能，帮助确定新的生物标记物并为疾病分期提供生物注释。目前对AD阶段的定义主要基于个体的行为和认知表现。虽然现有的AD生物标志物如血浆p-tau和NfL是AD进展的良好指标，但它们在整个病程中表现出相对持续的变化，所以不能用来区分疾病分期。在本研究中，研究人员通过系统地分析血浆蛋白质组来识别新的AD血液生物标志物，并开发了一种高性能的、基于血液的AD检测方法。

研究方法

研究队列：发现队列包括180名60岁的香港华人，其中包括106名AD患者和74名健康对照(HC)。验证队列包括97名60岁香港华人,其中包括36 AD患者和61名健康对照。

通过多重邻位延伸分析技术(PEA)检测了发现列中共1160个血浆蛋白，并在验证队列中进行验证。血浆Aβ42/40比率, tau, p-tau181, NfL 水平使用以下试剂盒检测：Quanterix NF-light SIMOA Assay Advantage Kit (103186), the Neurology 3-Plex A Kit (101995), or the P-Tau 181 Advantage V2 Kit (103714)。

研究结果

1. AD患者血浆蛋白差异表达的鉴定

在筛选AD相关蛋白之前，利用 Simoa平台测量发现队列中血浆ATN生物标记物的水平：与HC相比，AD患者血浆Aβ42/40降低，血浆NfL水平升高(P<0.001，图1AC)，而血浆tau蛋白水平组间无显著差异(P = 0.830，图1B)。

图1 AD患者血浆蛋白差异表达水平

在1160个检测的血浆蛋白中，429个在AD患者中差异表达，其中61个显著上调蛋白，368个显著下调蛋白(图2A、B)。AD患者中表达上调的蛋白多与细胞增殖或趋化有关，而表达下调的蛋白多与炎症反应或细胞凋亡有关(图2C)。AD中与器官损伤和免疫反应相关的通路尤其紊乱(P<0.001),这些途径中50%以上的检测蛋白在AD血浆中显著减少(图2D)。细胞型富集分析显示，外周血细胞表达了429个AD相关血浆蛋白的81%(图E)。

2. 19个血浆蛋白质代表了AD血浆蛋白整体水平

通过检查429个AD相关血浆蛋白的协同调控模式，发现19种不同的AD相关血浆蛋白簇(图3 A)，每个都与不同的生物过程和独特的细胞型表达谱相关。随后选择19个与AD关联最强的蛋白(即p值最低的蛋白，hub蛋白)与血浆ATN生物标志物的相关性分析显示，10个hub蛋白与Aβ42/40比值、tau水平或NfL水平相关，而其余9个蛋白与任何一个都不相关(图2D)。表明19种hub蛋白捕获了AD血浆蛋白质组中ATN依赖和ATN独立的变化，可代表AD患者的整体血浆蛋白质组谱。

图3 AD相关血浆中心蛋白的鉴定

3. 19个hub蛋白模型区分AD的准确性

19个hub蛋白相对于血浆ATN生物标志表现出更好的性能 (图4A, B)。将ATN生物标志物整合到19个 hub蛋白模型中并没有提高AD分类的准确性(图4 B)。应用这个19个 hub蛋白模型为每个个体生成AD分类评分，准确地将AD患者与HC区分开来(图4 C)。分类中不同的严重程度组与认知表现密切相关(图4 D)以及海马体积减少(图4 E)和灰质体积(图4 F)。此外，被归类为重度AD的个体表现出白细胞计数升高(图4 G)，表明更明显的炎症。

图4 基于血浆ATN生物标志物和19个hub蛋白生物标志物的阿尔茨海默病(AD)分类

4. 19个 hub蛋白准确地将AD与tau病理分类

在两个独立队列中，血浆p-tau181水平在AD患者中均升高(图5A)，根据血浆p-tau181水平将队列分为p-tau181阴性(p-tau-)和p-tau181阳性(p-tau+)组(图5B)。由19个 hub蛋白模型确定的AD严重程度分组与p-tau水平显著相关:严重组中有≈80%的个体p-tau+，而正常组中有≈20%的个体p-tau+(图5C)。

图5 19hub种蛋白对AD与tau病理分类的性能

5. AD中19个 hub血浆蛋白的分期依赖性失调

19个 hub蛋白包含10种与血浆p-tau181水平相关的血浆枢纽蛋白，其中7种与认知(即MoCA)得分相关，并表现出AD分期依赖性失调(图6)，表明某些血浆蛋白(或生物学过程)的变化与AD的特定阶段有关，确定这些血浆中心蛋白水平的变化可以指示个体血液中相应生物过程的状态，从而推断其AD分期。

图6 AD中7种血浆枢纽蛋白的分期依赖性失调

结论

研究发现的19个具有AD血浆蛋白图谱代表性的枢纽蛋白，形成了一个准确分类临床AD和相关内表型的评分系统的基础，以准确区分AD患者和HC，同时这些特定的中枢蛋白表现出疾病分期依赖的失调，可用于描述AD的分期。

参考文献

[1] Jiang Yuanbing, Zhou Xiaopu, Ip Fanny C, etal. Large-scale plasma proteomic profiling identifies a high-performance biomarker panel for Alzheimer's disease screening and staging [J]. Alzheimer's & dementia: the journal of the Alzheimer's Association, 2021.