基因表达和蛋白质溶解性的变化与阿尔茨海默病病理进展的相关性

2024-07-30 Tue
阿尔茨海默病 SHIP2 INPPL1 EGFR Tau 淀粉样β GWAS CSF pTau
阿尔茨海默症进展中的基因表达与蛋白质不溶性的变化背景介绍阿尔茨海默症（Alzheimer’s Disease，AD）作为最常见的痴呆类型，以其主要的两大神经病理性特征——淀粉样斑块和神经纤维缠结（NFTs）而闻名。淀粉样斑块由β-淀粉样蛋白（Aβ）肽段组成，这些肽段由淀粉样前体蛋白（APP）的连续切割产生；而神经纤维缠结主要由过磷酸化的配对螺旋丝（PHF）- tau蛋白形成。不仅在阿尔茨海默症中，在其他如额颞叶痴呆（FTD-tau）、皮质变性肌萎缩（CBD）、渐进性核上麻痹（PSP）等“tau病变”中也可见到NFTs。
近来的网络化研究发现，一种叫做SHIP2（含SH2结构域的肌醇5-磷酸酶2，编码基因为INPPL1）转录水平的上调与认知衰退及人类AD和老年大脑中的病理变化显著相关。SHIP2通过其脱磷酸活性调控PI(3,4,5)P3生成PI(3,4)P2，并涉及多种人类疾病如代谢综合征、糖尿病和乳腺癌。系统性的磷脂酰肌醇调控在AD中显得尤为重要，SHIP2抑制剂被视为可能的新型治疗目标。然而，对其在阿尔茨海默病病程中的表达与定位变化的研究相对较少。
研究来源本文的原著文章题为“Alteration of gene expression and protein solubility of the PI 5-Phosphatase SHIP2 are correlated with Alzheimer’s disease pathology progression”，由Kunie Ando等多人撰写，发表在《Acta Neuropathologica》期刊（2024年，第147卷第94页）。作者们分别来自Université Libre de Bruxelles（ULB）、VIB Center for Molecular Neurology、University of Antwerp（UAntwerpen）、Hôpital de la Pitié-Salpétrière等机构；该研究得到法国、比利时等机构提供的脑库样本支持，并受到比利时国家科研基金（FNRS）等资助。
研究流程研究设计与方法样本采集与处理：
从AD患者和非痴呆对照个体的额叶皮层（T1 isocortex）中获取脑组织样本，通过标准的RIPA和Sarkosyl缓冲液进行分级提取，分别得到可溶性和不可溶性蛋白样本。
基因表达分析：
通过RNA-seq数据分析Mayo Clinic队列中的基因表达水平，关注EGFR和INPPL1的mRNA水平特别在Braak 0-vi分期间的变化。
蛋白质水平检测：
使用Western blot（WB）分析提取的可溶性和不可溶性蛋白水平，检测SHIP2和EGFR在不同分级样本中的表达情况，并使用多种抗体（如抗-SHIP2，抗-Aβ42，抗-GAPDH等）进行免疫印迹检测。
免疫组织化学与免疫荧光：
在脑组织切片中进行SHIP2与Aβ、磷酸化tau（p-tau）的双重免疫荧光标记，通过显微镜观察SHIP2在有/无病理负担脑区域的定位和分布。
遗传关联分析：
使用大量基因组-wide association study (GWAS) 数据，分析INPPL1的遗传变异关联与AD风险及AD相关的脑脊液（CSF）生物标志物如p-tau水平的关联。
主要结果基因表达变化：
在Mayo Clinic队列中，EGFR和INPPL1的正常化基因表达均显著在AD脑样本中上调。
蛋白质水平和分布：
尽管SHIP2在脑总蛋白中的水平在AD样本与对照样本间无显著差异，其在RIPA提取不溶性部分中的水平显著增加，提示SHIP2被错误定位至不溶性蛋白聚集部分。EGFR的分布显示出与SHIP2相同的趋势，尤其在病理进展阶段与p-tau水平显著相关。
免疫反应性变化：
免疫组织化学结果显示SHIP2在随病变进展其免疫反应性明显增强，特别是在与淀粉样斑块相关的星形细胞和变性神经纤维中。这种SHIP2的增加在含淀粉样病变的其他神经退行性疾病如DS/AD、CAA及AD合并DLBD样本中均有观察，但在无淀粉样病变如主要tauopathies病例如PSP、CBD等病例中无明显观察。
转基因小鼠模型验证：
通过分析阿尔茨海默病转基因小鼠模型（如5XFAD和TG30），进一步证实了SHIP2的这种不溶性蛋白反应的机制在小鼠模型中是相似的，尤其是在强淀粉样病变的5XFAD鼠脑中。
遗传变异与生物标志物的关联：
INPPL1位点变异rs11235459显著与脑中INPPL1基因表达及CSF p-tau水平降低相关，提示该变异可能调控INPPL1的表达，进而影响AD病程中的tau病理。
研究结论与意义本文研究表明，SHIP2不仅在基因表达层面在AD进程中被上调，且其蛋白质在AD脑中呈现显著的RIPA提取不溶性变化。这种变化与阿尔茨海默病的淀粉样病变有密切关联，提示SHIP2在阿尔茨海默病的淀粉样与tau病理连接中的关键角色。此外，本研究首次揭示了INPPL1基因位点变异对脑内SHIP2表达与CSF p-tau水平的潜在影响。结合SHIP2在多种人类疾病中的作用，SHIP2不仅可能成为阿尔茨海默病的治疗靶点，还可能成为表征病理进展的新型生物标志物，具有重要的科学研究和临床应用价值。
研究亮点研究首次在AD样本中系统调查了SHIP2在基因表达、蛋白水平及其在细胞中的定位和分布的变化。
最大的创新之处在于提出了SHIP2作为EGFR信号通路中的一个核心调节子，在阿尔茨海默病中连接淀粉样和tau病理的理论。
通过多种前沿实验方法结合大规模遗传分析，详细解析了SHIP2在阿尔茨海默病进展中的作用机制。
通过这项研究，我们不仅对阿尔茨海默病病程中的蛋白质动态及其基因调控机制有了更深入的了解，也为未来针对SHIP2的病理干预提供了科学依据。