Aging Cell两篇连发 | 华中科技大学王建枝团队运用蛋白质组学技术发现具有AD早期诊断价值的血小板生物标志物

阿尔茨海默症 (Alzheimer 's disease，AD) 是一种原发性的中枢神经系统退行性疾病。AD的主要临床症状是缓慢的认知功能减退，包括记忆、逻辑推理能力和语言功能的进行性丟失，最后发展为重度痴呆。目前，对AD尚缺乏早期诊断措施，当患者就诊时常常已经出现不可逆性脑损伤，导致治疗效果不佳。因此，发现早期高危因素对早期诊断和干预有重要意义。血小板与神经元在生物学上有诸多相似之处，因此，血小板是寻找中枢神经系统疾病外周生物标志物的理想基质。

近日，华中科技大学王建枝团队在衰老领域权威期刊Aging Cell（IF=9.302）先后发表了题为“Platelet biomarkers for a descending cognitive function: a proteomic approach”和“Platelet biomarkers identifying mild cognitive impairment in type 2 diabetes patients”的研究论文[1] [5]。研究运用TMT定量蛋白质组学技术，揭示了迄今为止最深入的血小板蛋白质组变化，系统的阐释了在老年认知衰退过程中，血小板作为最稳定的外周基质所体现的生物学意义。并结合机器学习，在血小板中发现了一组极具有AD早期诊断价值的蛋白生物标志物。

01血小板蛋白质组学的生物学意义

研究人员依据MMSE认知评分将入组样本分为三组，轻度认知障碍 (MCI, MMSE=18-23) ,重度认知障碍 (AD, MMSE=2-17) 和年龄/性别匹配的正常认知对照人群 (CTRL, MMSE=29-30)（样本策略），然后进行深度的血小板蛋白质组解析（质谱策略）。研究共鉴定到4165种蛋白，其中2994种蛋白有定量数据。与对照组相比，在MCI和AD患者中共检测到360种差异蛋白。生信分析揭示，差异蛋白参与包括经典AD途径、AMPK通路、端粒酶RNA定位、血小板活化和补体活化等多种生物途径 (图1)。

02机器学习建立预测模型

为了获得预测认知能力下降的最佳组合生物标志物，研究人员使用留一法（LOO）的方法分析了9种核心候选蛋白。通过LOO分析，使用9种生物标记物的不同组合观察到各种特异性和准确性，PHB，UQCRH，GP1BA和FINC的组合显示出最高的特异性，具有最大的受体工作特性（ROC）（AUCROC = 0.965），并且具有最高的准确度（89.3％）（图2c-e）。使用该组合生物标志物，产生的召回率为0.895，精度为0.944，F1得分为0.919，最大的召回率曲线（AUCPR = 0.985）（图2d和f）。使用这种严格的算法，PHB被认为是预测认知能力下降的最有价值的单个血小板生物标志物，AUCROC为0.842，准确性为78.6％，召回率为0.895，准确性为0.810，F1得分为0.850，AUCPR为0.929（图2c-f）。总之，机器学习确定了PHB，UQCRH，GP1BA和FINC的组合是作为评估MCI和AD患者认知能力下降的最佳血小板生物标志物。

03 二型糖尿病认知损伤区分模型的建立

流行病学研究发现，2型糖尿病与记忆功能受损二者之间存在着紧密联系。因此在题为“Platelet biomarkers identifying mild cognitive impairment in type 2 diabetes patients”的论文中，研究人员使用蛋白质组学和机器学习的方法，针对二型糖尿病人群获得预测认知能力下降的最佳组合生物标志物。血小板OPTN（一种自噬受体）联合rGSK-3β(T/S9)（糖原合酶激酶-3β，一种AD致病机制中非常重要的激酶）可提高T2DM-MCI诊断效率，AUC为0.927，特异性为86.7%，敏感性为85.3%，准确性为0.859，有望预测二型糖尿病患者认知功能下降 (图3)。

总的来说，这两篇研究将蛋白质组学技术很好的运用到标志物的筛选中。通过整合临床典型的认知衰退人群和血小板的蛋白质组学分析，并基于潜在生物标记物通过机器学习建立认知损伤的预测模型，确立了一组具有诊断价值的生物标志物，为大范围人群中筛查MCI提供了科学依据。
值得注意的是，王建枝团队还将蛋白质组学与药物治疗靶点筛选，神经环路研究，干细胞研究有机的整合起来，做出了一系列原创性与应用性突破。研究成果发表在诸如Clinical and Translational Medicine (IF=11.491) [2],Nature Communications  (IF=14.912) [3] , Cell Stem Cell  (IF=24.63) [4] 等权威期刊 (组学技术由景杰生物提供)，体现了蛋白质组学在神经领域的重要运用价值。

参考文献：
[1] H. Yu, et al., 2021, Platelet biomarkers for a descending cognitive function: A proteomic approach. Aging Cell.

[2] D. Wu, et al., 2021, Medial septum tau accumulation induces spatial memory deficit via disrupting medial septum-hippocampus cholinergic pathway. Clin Transl Med .

[3] G. Pi, et al., 2020, Posterior basolateral amygdala to ventral hippocampal CA1 drives approach behaviour to exert an anxiolytic effect. Nat Commun.

[4] J. Zheng, et al., 2020, Interneuron Accumulation of Phosphorylated tau Impairs Adult Hippocampal Neurogenesis by Suppressing GABAergic Transmission. Cell Stem Cell.

[5] H. Yu, et al., 2021, Platelet biomarkers identifying mild cognitive impairment in type 2 diabetes patients. Aging Cell.