アルツハイマー病と軽度認知障害における脳アミロイド血管症プロテオームの違い

神経内科学 生化学 基礎医学 生命科学 免疫学 医学 細胞生物学
アルツハイマー病 軽度認知障害 脳アミロイド血管症 プロテオミクス Aβ沈着

アルツハイマー病と軽度認知障害における脳アミロイド血管病のプロテオミクス差異 脳アミロイド血管病（cerebral amyloid angiopathy、CAA）は、β-アミロイドタンパク質（amyloid-beta、Aβ）が脳血管内に堆積することによって引き起こされる疾患です。CAAは高齢者およびほぼすべてのアルツハイマー病（Alzheimer’s disease、AD）患者に一般的に見られるだけでなく、他のAD関連の病理から独立して発生することもあります。CAAの存在とその重症度はAD関連の臨床症状の進行を促進し、正常な高齢被験者においてもより急速な認知衰退と関連しています。CAAの発生は、低酸素や神経障害を直接的に促進するか、またはタウタンパク質病理を促進することによって間接的に認知衰退を引き起こす可能性があります。さらに、CAAは脳出血およびAD免疫治療の主要な合併症であるアミロイド関連脳画像異常（amyloid-related brain imaging abnormalities、ARIA）とも関連しています。

現在、CAAの発症メカニズムはいくつかの構成要素が明らかになっている一方で、その基本的な発病メカニズムはまだ完全に解明されていません。通常、AβがCAA中で螺旋状に堆積し、特徴的な斑状のパターンで現れますが、より大きな小動脈外膜に多く発生し、中膜にはほとんど見られません。これには、通常Aβ40がAβ42よりも多く含まれています。CAAの分子メカニズムをよりよく理解するために、本研究はレーザー捕捉顕微解剖技術（laser capture microdissection、LCM）を使用して解剖された脳組織からCAA陽性（CAA(+)）およびCAA陰性（CAA(-)）血管を個別に取得し、プロテオミクス分析を行って、CAA(+)血管に特異的に豊富なタンパク質を特定します。また、これらをADの初期（軽度認知障害、MCI）および後期ADのCAAプロテオミクスと比較します。

研究背景

この論文はドミニク・レイトナー、トーマス・カヴァナー、エフゲニー・カンシンらによってラッシュ大学とNYUグロスマン医学校などの機関と共同で行われ、2024年に『Acta Neuropathologica』誌に発表されました。研究は2024年4月4日に受理され、2024年7月11日に修正を経て、2024年7月12日に受け付けられました。

研究プロセス

研究デザインと実験手法

サンプル収集と分類

研究に使用された脳組織はすべて、NYUグロスマン医学校とラッシュ大学の倫理審査委員会（IRB）の承認を受けて取得されました。サンプルは宗教秩序研究（religous orders study、ROS）と記憶と加齢プロジェクト（memory and aging project、MAP）のコホートから収集されました。サンプルには、年齢を合わせた対照群（10例）、MCI群（4例）、AD群（6例）が含まれ、臨床および神経病理学的基準を組み合わせて階層化されました。

レーザー捕捉顕微解剖（LCM）

ホルマリン固定パラフィン包埋（FFPE）組織から8ミクロンの切片を切り取り、LCM技術を用いて対照群、MCI、ADの脳組織からそれぞれCAA(+)とCAA(-)血管を捕捉しました。すべてのサンプルは免疫染色を行い、4G8抗体を用いてAβタンパクを検出しました。明確なCAA(+)とCAA(-)血管領域を形成し、顕微解剖技術を用いて血管を分離し、さらに質量分析を行いました。

無標識定量質量分析（Label-Free Quantitative Mass Spectrometry、LFQ-MS）

すべてのサンプルは抽出、消化、分離を経て、無標識定量質量分析を使用してタンパク質の識別と定量を行いました。質量分析データはSpectronautソフトウェアを使用して分析され、Homo sapiensのUniProt参照データベースと比較されることによって、サンプル中のタンパク質が識別・定量されました。データ分析にはPerseusソフトウェア、R環境、GraphPad Prismが使用されました。

研究結果

タンパク質発現分析

研究では、計2026種のタンパク質が検出され、257種のタンパク質がMCIのCAA(+)血管において豊富であり、289種のタンパク質がADのCAA(+)血管において豊富であることが分かりました。主成分分析（PCA）により、CAA(+)とCAA(-)血管サンプルの顕著な分離が示され、CAA(+)血管内のタンパク質の増減傾向はMCIとADケースにおいて類似していました。

マトリックスタンパク質とリボゾーム関連タンパク質

2つのケースでは、コラーゲンを含む細胞外マトリックスに関連するタンパク質が特に豊富であり、リボゾームタンパク質複合体に関連するタンパク質は顕著に減少していました。重要な血液脳関門（BBB）タンパク質はCAA(+)血管で顕著に減少していました。

血管タイプマーカー

CAA(+)血管では、毛細血管マーカータンパク質（BSG, SLC7A5, SLC3A2）が減少し、静脈マーカータンパク質（PTGDS）が増加していました。さらに、コラーゲンファミリーのタンパク質がMCIおよびADのCAA(+)血管で顕著に増加しており、血管マトリックスのリモデリングが血管機能障害に関連していることが示唆されます。

Venn図比較と検証

CAAプロテオミクスを既発表のアミロイドプラークプロテオミクスデータと比較したところ、大部分のタンパク質がCAAおよびプラークに豊富であることが分かりましたが、一部はCAAでより顕著であることが示されました。SEMA3GはCAAの特異的なマーカーであることが確認されました。

結論

本研究は初めて、CAA(+)および隣接するCAA(-)血管のプロテオミクスを個別に評価し、MCIケースで評価を行うことによって、血管マトリックスのリモデリング、タンパク質翻訳障害およびBBBの破壊に関連するタンパク質の変化を明らかにしました。これらの変化は血管機能障害を引き起こす可能性があり、将来のメカニズム研究、治療およびバイオマーカー研究に対するガイダンスを提供します。特にSEMA3Gの発見は、CAAの診断および患者の免疫治療におけるARIAリスクの評価のための潜在的なバイオマーカーとして役立つ可能性があります。

ハイライト

  1. CAA(+)およびCAA(-)血管のプロテオミクスを初めて個別に分析：以前の研究ではCAA(+)および隣接するCAA(-)血管を個別に分析していませんでした。この研究方法の革新により、CAA固有のタンパク質の理解が大いに向上しました。
  2. MCIケースにおける分析：本研究はAD後期のタンパク質変化を評価するだけでなく、初めてMCI患者の血管で評価を行い、タウタンパク質および血管病理学の早期発見のための重要な手掛かりを提供しました。
  3. SEMA3Gの検証：SEMA3GがCAA特異的マーカーとして検証され、将来のCAA診断の重要なツールとして提供されます。

本研究はCAAおよびADにおける血管病理の理解に新しい視点を提供し、関連分野のさらなる発展を促進する可能性があります。