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景杰學(xué)術(shù)/報(bào)道 隨著年齡的增長，人的認(rèn)知能力可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降。然而，嚴(yán)重影響生活的記憶力和智力障礙并不是衰老的必然結(jié)局，這種情況大多與疾病有關(guān)。在高齡階段，隨著時(shí)間的推移認(rèn)知能力表現(xiàn)的軌跡可以從穩(wěn)定到快速下降，這種認(rèn)知能力的下降可能是嚴(yán)重神經(jīng)退行性疾病的最早表現(xiàn)。 以往我們認(rèn)為認(rèn)知能力下降可歸因于癡呆癥病理學(xué)；然而，β-淀粉樣斑塊，神經(jīng)原纖維纏結(jié)，微小梗塞，大腦梗塞和路易體等病理一起僅占認(rèn)知軌跡變異的41％左右，59％未解釋。目前尚不清楚是什么導(dǎo)致認(rèn)知軌跡的大部分變異。 近日，ISI神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的高引用研究員，國際公認(rèn)的神經(jīng)生物學(xué)專家，來自Emory University的Allan I. Levey教授在著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上發(fā)表論文，首次利用蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)認(rèn)知軌跡進(jìn)行研究。研究者通過對(duì)縱向評(píng)估的老年成人腦供體進(jìn)行無偏倚的蛋白質(zhì)組學(xué)與認(rèn)知軌跡關(guān)聯(lián)研究，研究發(fā)現(xiàn)了579種與認(rèn)知軌跡相關(guān)的蛋白質(zhì)。
值得注意的是，該項(xiàng)研究提供了認(rèn)知穩(wěn)定性中神經(jīng)元線粒體活性增加的突觸豐度增加，炎癥和細(xì)胞凋亡減少的證據(jù)。發(fā)現(xiàn)了與認(rèn)知軌跡相關(guān)的蛋白質(zhì)，特別是38種神經(jīng)病理學(xué)相關(guān)的中樞蛋白質(zhì)，可作為未來認(rèn)知軌跡機(jī)制研究的目標(biāo)?？傊?，本文的研究結(jié)果為理解認(rèn)知軌跡中個(gè)體差異的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。 研究者首先運(yùn)用Label-Free蛋白質(zhì)組定量方法，對(duì)最初認(rèn)知未受損，縱向評(píng)估的老年成人腦供體進(jìn)行無偏倚的大規(guī)模蛋白質(zhì)組的認(rèn)知軌跡關(guān)聯(lián)研究（圖1）。然后，對(duì)顯著相關(guān)的蛋白質(zhì)進(jìn)行基因本體富集分析，以便更深入地了解認(rèn)知軌跡中個(gè)體差異的生物學(xué)過程。接下來，確定與認(rèn)知軌跡相關(guān)的蛋白質(zhì)是蛋白質(zhì)共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，因?yàn)檫@些蛋白質(zhì)可能是未來研究認(rèn)知軌跡機(jī)制的有希望的靶標(biāo)。最后，驗(yàn)證了與認(rèn)知軌跡相關(guān)的蛋白質(zhì)，與傳統(tǒng)的阿爾茨海默病病癥無關(guān)。 圖1. 認(rèn)知軌跡的蛋白質(zhì)組學(xué)研究 1. 個(gè)性化的認(rèn)知軌跡分析 研究者對(duì)Banner隊(duì)列和BLSA隊(duì)列的個(gè)體認(rèn)知軌跡進(jìn)行評(píng)估，描述了死亡前最后一次臨床診斷和Braak分期的認(rèn)知軌跡，如圖2所示，斜率為零或接近零的軌跡反映了認(rèn)知的穩(wěn)定性，而斜率為負(fù)的軌跡則表明認(rèn)知能力下降更快。這些數(shù)據(jù)表明（i）認(rèn)知軌跡在給定的臨床診斷或Braak分期內(nèi)變化; （ii）在AD病例或Braak分期較大的大腦中，并未出現(xiàn)更快的認(rèn)知衰退; （iii）認(rèn)知軌跡為臨床診斷和神經(jīng)病理學(xué)發(fā)現(xiàn)提供補(bǔ)充信息。
2. 蛋白質(zhì)組學(xué)與認(rèn)知軌跡的關(guān)聯(lián)研究 接下來研究者通過label-free定量蛋白組學(xué)分析，在Banner隊(duì)列中鑒定到3710種蛋白質(zhì)，在BLSA隊(duì)列中鑒定到3933種蛋白質(zhì)，其中同時(shí)在兩組樣本中檢測的蛋白有2752種。通過性別，入學(xué)年齡，受教育年齡等信息校正后，分別篩出354種（FDR <0.05）和127種（FDR <0.05）蛋白質(zhì)與認(rèn)知軌跡相關(guān)聯(lián)；meta分析有579個(gè)蛋白與認(rèn)知軌跡變化趨勢相同，其中350種蛋白的豐度增加，229種蛋白的豐度降低，如圖3所示。 接下來，研究者對(duì)這579種蛋白質(zhì)進(jìn)行PPI分析，揭示出許多與認(rèn)知軌跡相關(guān)的突觸前和突觸后蛋白之間的PPIs，發(fā)現(xiàn)線粒體蛋白在與認(rèn)知軌跡相關(guān)的蛋白中具有顯著的特征。GO富集分析及細(xì)胞分型結(jié)果顯示低豐度蛋白主要富集在炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、內(nèi)皮功能和RNA處理等方面，主要是一些少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞；高豐度蛋白主要富集在線粒體功能和突觸傳遞，主要是一些神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞。校正β淀粉樣蛋白斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)病理后的全蛋白質(zhì)組學(xué)顯示Banner隊(duì)列中的57個(gè)蛋白和BLSA隊(duì)列中的12個(gè)蛋白與認(rèn)知軌跡相關(guān)，meta分析發(fā)現(xiàn)232種與認(rèn)知軌跡相關(guān)的蛋白質(zhì)（圖3）。 圖3. 認(rèn)知軌跡中的差異蛋白表達(dá) 3. 構(gòu)建蛋白共表達(dá)網(wǎng)絡(luò) 研究者使用WGCNA在Banner隊(duì)列中鑒定了20個(gè)強(qiáng)共表達(dá)蛋白的模塊，然后用GO富集分析收集了這些模塊中富集的生物學(xué)。最大的5個(gè)模塊分別為突觸功能、分解代謝過程和凋亡、線粒體功能、髓鞘形成和轉(zhuǎn)錄活性。認(rèn)知穩(wěn)定性中豐度較高的蛋白在參與突觸功能(Banner M1、BLSA M1和M4)和線粒體功能(Banner M3和BLSA M3)的模塊中富集，低豐度蛋白參與凋亡(Banner M2, BLSA M13)，髓鞘形成(Banner M4, BLSA M2)，炎癥反應(yīng)（BLSA M6）。在Banner網(wǎng)絡(luò)中，20個(gè)模塊中有10個(gè)與認(rèn)知穩(wěn)定性有關(guān)；在BLSA中，四個(gè)模塊與認(rèn)知軌跡相關(guān)，校正后只有線粒體功能模塊與認(rèn)知穩(wěn)定性有限制相關(guān)性（圖4）。 圖4. 蛋白質(zhì)共表達(dá)網(wǎng)絡(luò) 4. 認(rèn)知軌跡相關(guān)蛋白和中樞蛋白 在蛋白質(zhì)共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中，中樞蛋白質(zhì)可能是重要的蛋白質(zhì)，因?yàn)樗鼈兣c模塊中的其他蛋白質(zhì)高度相關(guān)。研究者試圖確定與認(rèn)知軌跡相關(guān)的蛋白是否也是Banner和BLSA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的樞紐蛋白。 研究者重點(diǎn)研究了579個(gè)認(rèn)知軌跡相關(guān)蛋白富集的7個(gè)Banner和7個(gè)BLSA模塊。在Banner中，這七個(gè)模塊有123個(gè)hub蛋白，其中102個(gè)(83%)與認(rèn)知軌跡相關(guān)，在BLSA中，七個(gè)模塊的131個(gè)中心蛋白中，有99個(gè)(76%)與認(rèn)知軌跡相關(guān)。 研究者對(duì)那些與獨(dú)立于病理的相關(guān)蛋白進(jìn)行了同樣的分析，發(fā)現(xiàn)在Banner的123中心蛋白質(zhì)和BLSA的127個(gè)中心蛋白中,分別有67個(gè)和62個(gè)也與認(rèn)知軌跡關(guān)聯(lián)，其中共有38個(gè)蛋白（圖5）。這些蛋白是進(jìn)一步研究的認(rèn)知穩(wěn)定性的機(jī)制的重要靶標(biāo)。 圖5. 認(rèn)知軌跡相關(guān)蛋白的模塊豐富富集 總而言之，本文利用label-free定量蛋白組學(xué)的方法對(duì)認(rèn)知穩(wěn)定性進(jìn)行了大規(guī)模的蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了與認(rèn)知穩(wěn)定性相關(guān)的蛋白圖譜，為認(rèn)知穩(wěn)定性中神經(jīng)元線粒體活性增加的突觸豐度增加，炎癥和細(xì)胞凋亡減少的等發(fā)現(xiàn)提供了有力證據(jù)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了獨(dú)立于神經(jīng)病理學(xué)又屬于中樞蛋白的蛋白質(zhì)，為進(jìn)一步研究認(rèn)知穩(wěn)定性的分子機(jī)制提供了方向。 |
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