阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD），俗称老年性痴呆，患者常有“记不得事情”，“不会说话了”，“不认识人了”，“听不懂话了”，“不会干活了”等特征。AD不仅会使人“变傻了”，还是造成全球死亡的主要原因。对此，科学家们致力于寻找治疗AD的方法，然而进展有限。2020年4月13日，一篇文章的发表，让我们重新认识了AD，看到了治疗的新希望。

基本信息

阿尔茨海默病的脑和脑脊液的大规模蛋白质组学分析显示了与小胶质细胞和星形胶质细胞激活相关的能量代谢的早期变化

Large-scale proteomic analysis of Alzheimer’s disease brain and cerebrospinal fluid reveals early changes in energy metabolism associated with microglia and astrocyte activation

发表期刊：Nature Medicine

影响因子：30.641

发表单位：美国埃默里大学Allan I. Levey教授及其合作团队

发表时间：2020年4月13日

研究手段：定量蛋白质组学技术(LFQ) 共表达网络分析 靶向蛋白质组技术（PRM）

研究背景

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）的患病率不断上升，是造成全球死亡的主要原因。除了知道β淀粉样蛋白和tau蛋白沉积能导致疾病外，该病的大脑生化和细胞变化仍不完全清楚。蛋白质共表达分析是了解人类组织中生物网络、途径和细胞类型变化的有力工具。利用蛋白质共表达技术可以探索AD的病理生理学机制，或许能帮助研究人员开发治疗AD的新型靶向性疗法。

研究思路

研究结果

1、AD蛋白共表达网络的构建和验证

共定量得到5688个蛋白，根据缺失值，调整得到3334个蛋白。采用WGCNA算法对这3334个蛋白生成蛋白共表达网络由此得到13个蛋白模块。为了验证13个蛋白模块是否与AD相关，用PCA法将模块蛋白表达水平与AD、淀粉样β斑块和神经病理学特征相关联。结果发现6个模块与所有病理、认知和功能测量显著相关，其中M4糖代谢模块显示出最强的AD性状相关性。

因为大脑中许多蛋白质共表达的改变可以由细胞类型的改变驱动，因此分析了每个共表达模块是否富含在特定的细胞类型中。根据结果，将那些细胞类型丰富的模块称为“M1突触/神经元”模块、“M2髓鞘/少突胶质细胞”模块、“M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢”模块和“M5内皮/微细胞外基质”模块。进一步研究表明在AD临床前期的病理过程中，M3线粒体和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块的病例状态差异最大。

图1 无症状和有症状AD脑的蛋白质网络分析

2、AD网络与其他脑区，老化，其他精神疾病的相关性分析

所有来源于DLPFC的一致性AD蛋白共表达网络模块都保存在颞叶皮层，13个模块中有12个保存在前丘脑，表明AD蛋白共表达网络在AD中受共同影响的脑区普遍存在。

衰老是导致AD最相关因素，结果表明M1突触/神经元和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块分别随着年龄的增长而减少和增加。

在TDP-43病理(FTLD-TDP)和皮质基底变性（CBD）病例中，M1突触/神经元和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白表现出显著变化。

图2 AD蛋白网络保存在大脑的不同区域

图3 分析AD患者年龄与网络模块蛋白的相关性

图4 其他神经退行性疾病中AD蛋白网络模块的变化

3、PRM验证共表达网络模块蛋白的表达

为了验证这些发现，采用PRM测量了323个个体蛋白质，结果发现LFQ和PRM测量之间高度相关。根据蛋白质与AD全基因组关联研究(GWASs)发现，模块M2和M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块与AD疾病风险显著相关，表明这些蛋白共表达模块所反映的生物功能或过程可能在AD中起致病作用。考虑到M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块具有很强的AD特征相关性及其在AD遗传危险因素中的富集，对该共表达模块的细胞类型性质进行了更深入的研究。小胶质蛋白markers通过表达上调来响应淀粉样β斑块，表达下调来发挥抗炎症作用。

4、脑脊液中M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢蛋白增加

为了探索来自M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块的蛋白是否也能够作为AD液中的生物标志物，我们分析了无症状AD和AD两个队列，发现M4节点蛋白CD44、PRDX1和DDAH2在无症状AD和AD患者中的表达显著升高。这些蛋白质可能作为液体中的生物标志物，在疾病早期提示疾病存在。

图6 无症状AD和AD脑脊液中M4星形胶质细胞/小胶质细胞代谢模块蛋白水平升高

研究结论

通过对阿尔茨海默病的脑和脑脊液进行大规模蛋白质组学分析，发现AD与控制糖代谢的蛋白质有关。该蛋白质富含星形胶质细胞/小胶质细胞蛋白标记物，这或许是治疗和预防AD的新靶点。

参考文献

Johnson ECB et al. Large-scale proteomic analysis of Alzheimer’s disease brain and cerebrospinal fluid reveals early changes in energy metabolism associated with microglia and astrocyte activation. Nature Medicine. 2020 Apr 13. doi:10.1038/s41591-020-0815-6