阿尔茨海默病与轻度认知障碍中大脑淀粉样血管病的蛋白质组学差异

神经病学 基础医学 生命科学 免疫学 医学 细胞生物学 生物化学
阿尔茨海默病 轻度认知障碍 脑淀粉样血管病 蛋白质组学 Aβ沉积

阿尔茨海默病与轻度认知障碍中大脑淀粉样血管病的蛋白质组学差异 脑淀粉样血管病(cerebral amyloid angiopathy, CAA) 是一种由β-淀粉样蛋白(amyloid-beta, Aβ)在脑血管中沉积所引起的疾病。它不仅在老年人和几乎所有阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)患者中常见，还可以独立于其他AD相关病理单独发生。CAA的存在和严重程度促进了AD相关临床症状的进展，并且在正常老年受试者中也与更快速的认知衰退相关。CAA的发生可能直接通过促进缺氧和神经元损伤或间接通过促进tau蛋白病理而导致认知衰退。此外，CAA还与脑出血及AD免疫治疗的主要并发症——淀粉样相关脑成像异常(amyloid-related brain imaging abnormalities, ARIA)有关。

虽然CAA的发展机制目前已经揭示了一些组成部分，但其基本的发病机制仍然不完全清楚。通常，Aβ在CAA中的沉积以螺旋状方式分布，以特征性的斑驳模式出现，而多发生在较大的小动脉外膜，而不是中膜，主要包括更易溶解的Aβ40而非Aβ42。为更好地了解CAA的分子机制，本研究使用激光捕获显微切割技术(laser capture microdissection, LCM)从解剖的脑组织中分别获取CAA阳性(CAA(+))和CAA阴性(CAA(-))血管，进行蛋白质组学分析，以识别那些在CAA(+)血管中选择性富集的蛋白质，并将其与AD早期(轻度认知障碍, MCI)和晚期AD的CAA蛋白质组进行比较。

研究来源

这篇论文由Dominique Leitner、Tomas Kavanagh、Evgeny Kanshin等人在Rush University和NYU Grossman School of Medicine等机构合作完成，发表在2024年的Acta Neuropathologica期刊上。研究获得了2024年4月4日的接收，2024年7月11日的修订，并于2024年7月12日接受。

研究流程

研究设计与实验方法

样本采集和分类

研究中的脑组织均在NYU Grossman School of Medicine和Rush University的伦理审查委员会(IRB)批准下获取。样本来自宗教秩序研究(religious orders study, ROS)和记忆与衰老项目(memory and aging project, MAP)队列。样本包括年龄匹配的对照组(10例)、MCI组(4例)和AD组(6例)，通过结合临床和神经病理学标准分层。

激光捕获显微切割(LCM)

从福尔马林固定的石蜡包埋(FFPE)组织中切下8微米厚的切片，并借助LCM技术分别从对照组、MCI和AD病例的脑组织中捕获CAA(+)和CAA(-)血管。所有样本经过免疫组化染色，以4G8抗体检测Aβ蛋白，形成明确的CAA(+)和CAA(-)血管区域，然后使用显微切割技术将血管分离，进一步进行质谱分析。

无标记定量质谱分析(Label-Free Quantitative Mass Spectrometry, LFQ-MS)

所有样本经过提取、消化、分离后，通过无标记定量质谱分析进行蛋白质的识别和定量。质谱数据通过Spectronaut软件进行分析，并与Homo sapiens的UniProt参考数据库对比，从而识别和定量样本中的蛋白质。数据分析使用Perseus软件、R环境以及Graphpad Prism进行。

研究结果

蛋白质表达分析

研究共检测到2026种蛋白质，发现257种蛋白质在MCI中的CAA(+)血管中富集，289种蛋白质在AD中的CAA(+)血管中富集。主成分分析(PCA)显示CAA(+)和CAA(-)血管样本的显著分离，CAA(+)血管中的蛋白质富集和减少趋势在MCI和AD病例中表现相似。

基质蛋白与核糖核蛋白

在两组病例中，富集的蛋白质特别与含有胶原蛋白的细胞外基质有关，而与核糖蛋白复合物有关的蛋白质显著减少。关键的血脑屏障(BBB)蛋白在CAA(+)血管中的表达显著减少。

血管类型标志物

在CAA(+)血管中，毛细血管标志蛋白如BSG, SLC7A5和SLC3A2减少，而静脉标志蛋白PTGDS增加。此外，胶原蛋白家族蛋白在MCI和AD的CAA(+)血管中显著增加，表明血管基质的重塑可能与血管功能障碍有关。

Venn图比较和验证

通过比较CAA蛋白质组与已发表的淀粉样斑块蛋白质组数据，研究发现大部分蛋白质在CAA和斑块中均富集，但有一部分在CAA中更为显著。SEMA3G被证实为CAA的特异性标志物。

结论

本研究首次分别评价了CAA(+)和邻近CAA(-)血管的蛋白质组，并在MCI病例中进行了评估，揭示了与血管基质重塑、蛋白质翻译缺陷及BBB破坏相关的蛋白质变化。这些变化可以导致血管功能障碍，并为未来的机制研究、治疗和生物标志研究提供指导。尤其是SEMA3G的发现，可能为CAA诊断和评估患者免疫治疗的ARIA风险提供了一种潜在的生物标志物。

亮点

  1. 首次分别分析CAA(+)和CAA(-)血管的蛋白质组：以前的研究没有将CAA(+)和邻近CAA(-)血管分别进行分析，这一研究方法的创新大大提高了对CAA独特蛋白质的理解。
  2. 在MCI病例中的分析：本研究不仅评估了AD晚期的蛋白质变化，还首次在MCI患者的血管中进行了评估，为塔状蛋白和血管病理学的早期发现提供了重要线索。
  3. SEMA3G的验证：SEMA3G作为CAA特异性标志物的验证，提供了未来CAA诊断的重要工具。

本研究为理解CAA和AD中的血管病理提供了新的视角，并可能推动相关领域进一步的发展。