阿尔兹海默症研究进展！Science Advances（IF 14.136）：蛋白质组学揭示早期患者特征及潜在治疗靶点

吉凯基因

2021.11.24

作者吉凯基因

TA的动态

载脂蛋白E(APOE)基因的ε4等位基因是散发性或晚发性阿尔茨海默病(AD)的最危险遗传因素，但介导APOE ε4相关阿尔兹海默病风险的确切机制尚不清楚，而基于APOE的阿尔兹海默病治疗也尚未实现。

美国的多个研究机构合作在《Science Advances》(中科院JCR一区，IF:14.136 )上发表了题为“A brain proteomic signature of incipient Alzheimer''s disease in young APOE ε4 carriers identifies novel drug targets”的研究论文。文章通过分析和比较不同队列的阿尔兹海默病患者脑组织的蛋白组学结果，描画了AD的蛋白组学特征，并在进一步的实验中找到了可用于早期AD治疗的潜在靶点。

实验设计

发现阶段的颞下回(ITG)和额中回(MFG)脑区组织的分组详情

1. AD：

（1）BLSA队列：31个AD和19个对照

（2）ROS队列：31个AD和22个对照

2. 早期AD：YAPS队列：18个APOE ε4+ 和18个APOE ε4-

研究结果

第一阶段研究结果

（1）AD患者的蛋白组学特征

作者比较了ROS和BLSA队列中AD个体和对照组的脑部颞下回(ITG)和额中回(MFG)的蛋白表达情况。在BLSA队列，分别在ITG和MFG中鉴定出0个和254个差异蛋白。在ROS队列中，分别在ITG和MFG中鉴定出了244个和4个差异蛋白。BLSA和ROS队列交集得到120个蛋白。在这120种蛋白中，84种蛋白下调，34种蛋白上调。

（2）早期AD患者的蛋白组学特征

在ROS和BLSA队列中均差异变化的120个蛋白和YAPS队列（早期AD）的APOE ε4+ 比APOE ε4-组取交集，分别在颞下回(ITG)和额中回(MFG)脑区各得到16个和14个共有的差异蛋白，共计25个唯一蛋白。这些蛋白经过进一步的分析验证，确认为早期AD患者的特征蛋白。通路富集分析显示，这25个特征蛋白富集在细胞因子信号、酪氨酸激酶信号、细胞迁移和其他信号通路。蛋白-蛋白相互作用分析（PPI）发现了STAT3、FYN和YES1是中心节点蛋白。

进一步分析发现，早期AD患者的蛋白组学特征与严重的AD病理相关，与发展为AD前的认知表现相关。对YAPS队列利用GSEA分析发现，在ITG或MFG中发现了44个显著富集的基因集，其中17个也在BLSA或ROS队列中富集。这些基因集中的大多数（44中的41个）过表达，表明年轻APOE ε4携带者中这些通路及其生物学功能上调。这些结果表明了多种生物学功能的改变，包括钙信号、突触传递、胰岛素信号、免疫反应和细胞-细胞粘附。

第二阶段研究结果

（1）WB和免疫组化初步验证早期AD特征蛋白

使用WB在3xTg-AD转基因AD小鼠模型的脑匀浆中验证了25个AD早期特征中的6个蛋白，有3个蛋白在3xTg-AD模型小鼠的大脑水平相对于野生型有显著改变，其中在38-40周龄转基因小鼠中，转基因小鼠的DUSP3和STAT3蛋白水平高于WT，而在83-136周龄转基因小鼠中，转基因小鼠的DUSP3和TOP1蛋白水平低于WT。在BLSA队列的AD和对照组的MFG脑组织样本中再次用WB验证前述的6个蛋白，仅有2个蛋白在AD组对比对照组发生了显著改变，其中AD中FYN水平降低，LGALS8水平升高。

免疫组化检测蛋白的亚细胞定位：DUSP3可能位于兴奋性和抑制性皮质神经元的突触后过程。LGALS8可能主要位于神经元溶酶体。

（2）在其他公开数据中的二次验证

与公开的人颞叶皮层大脑样本的蛋白质组学数据相比，25个AD早期特征蛋白中有21种被定量，其中12个蛋白在AD和对照组样本中有差异表达。与公开的5xFAD小鼠模型的脑皮质样本的蛋白质组学结果相比，25个早期AD特征蛋白中有21个被定量到，其中6个蛋白在6个月龄的小鼠模型中与WT相比差异表达。与背外侧前额叶皮层样本的抑制性和兴奋性神经元的单细胞转录组结果相比，25个早期AD特征蛋白基因中分别有22个和23个被定量到，分别各有19个在AD和对照组样本差异表达。

第三阶段研究结果——筛选早期AD的药物靶点

作者使用了基于细胞培养的表型分析来寻找早期AD的药物靶点。最终发现，STAT3抑制剂C188-9挽救了三种AD表型：脂多糖(LPS)诱导的神经炎症、tau蛋白磷酸化和β淀粉样蛋白分泌。YES1/FYN抑制剂dasatinib（达沙替尼）挽救了一种AD表型：tau蛋白磷酸化。

研究总结

作者通过蛋白质组学检测多个人类队列AD脑组织和正常脑组织相比异常变化的蛋白，共分析找出25个早期AD的特征蛋白。随后，通过在AD转基因小鼠模型验证以及与多个公开的人类AD、AD小鼠模型的蛋白组学结果和神经元单细胞测序结果比较，进一步验证了25个特征蛋白的可靠性。最后，作者通过基于细胞培养的表型分析找到个蛋白STAT3、YES1/FYN或可以作为早期AD治疗的靶点。总体，作者的研究为针对该疾病的早期分子驱动因素的有效干预措施铺平道路。

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