Neuron:蛋白质组学揭示阿尔兹海默症突触减少的分子机制
景杰生物|解读
景杰编者按：阿尔兹海默症（AD）是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病，主要表现为渐进性记忆障碍、认知功能障碍、人格改变及语言障碍等神经精神症状。AD的病因及发病机制尚未阐明，其中海马体中突触的减少与Tau蛋白病理性的表达是AD的标志特征。但是，Tau蛋白的病理性表达是怎样导致突触功能丧失以及数量减少的，这一原理尚未被发现。
近期，国际专业学术期刊Neuron上发表了一篇运用蛋白质组学针对阿尔兹海默症疾病机制的研究成果。研究者运用蛋白质组学方法分析模型小鼠海马体中蛋白在疾病不同时期的表达水平，研究揭示C1q蛋白与突触损失的正相关性，并运用抗体通过与C1q蛋白结合的方式，从而减少了突触的损失。研究给未来临床上治疗阿尔兹海默症指出了新的方向。
1、疾病发展过程中，磷酸化Tau蛋白明显聚集
研究者选择了模型小鼠（Tau-P301S）为研究对象，研究发现模型小鼠中海绵体随着病情的发展，展示出的物理变化。从A,B两个图中可以很明显的看出，随着时间的增加，在AT8免疫活性染色条件下， Tau-P301S小鼠中磷酸化Tau蛋白聚集明显增多。在12个月大的时候，实验小鼠展现出很明显的神经退化以及海马体的萎缩。但是在野生型小鼠当中，作者并没有看到磷酸化Tau蛋白有异常表达现象。
2、定量蛋白质组学揭示了模型小鼠PSDs中蛋白的变化
PSD（Postsynaptic density）是聚集在突触后膜周围的蛋白质集团，为了研究PSD的变化趋势，筛选出有研究意义的蛋白，研究者对9个月大的模型小鼠PSD样本以及野生型小鼠中的PSD样本进行了Label Free定量蛋白质组学分析，找到了1257个蛋白，其中76个蛋白显著性下调，45个蛋白显著性上调。结合GO注释的分析，发现许多下调的生物学过程是与突触结构、活性以及GTPase信号通路相关。相比之下，上调的蛋白更多的于翻译和生物合成过程有关，其中上调最多的蛋白就是C1q蛋白的亚结构。
3、模型小鼠C1q蛋白在突触中的聚集
为了证明蛋白质组学结果的正确，作者用另外一只模型小鼠做了Western Blot进行对比。研究发现在9个月大的模型鼠中，PSD中的C1q有显著的增加，但是在野生型小鼠中，C1q却几乎没有什么变化，从而也证明了蛋白质组学实验的正确性。同时，用受激发射损耗荧光显微术（STED）的观测模型鼠大脑切片（其中对突触前膜、突触后膜以及C1q进行染色），显示出有免疫活性色块的C1q在突触中有很高的比例。而且含有C1q的突触在模型鼠中的比例又远远高于在野生型中的比例。
4、模型小鼠中小神经胶质细胞对突触的吞噬是增加的
为了更直接的测量小神经胶质细胞对突触的测量，作者使用了免疫荧光共聚焦显微镜量化了小胶质细胞中PSD-95以及凸状蛋白色块。结合生化以及图像信息，结果表明在9个月大的模型小鼠中，小神经胶质细胞对突触（包括突触前膜和突触后膜）的吞噬是与C1q的聚集是正相关的，与突触的密度是负相关的。
5、C1q结合抗体可以降低模型小鼠中小神经胶质细胞对突触的吞噬以及恢复突触的密度
为了验证是否C1q结合抗体可以阻止突触的被吞噬以及数量的减少，作者往模型小鼠右背侧海马体中注射了C1q结合抗体，发现抗体在海马体中的分布与C1q蛋白的分布相似，说明了抗体结合到了C1q蛋白，后通过染色发现，被染色C1q的密度在同侧海马体中减少，而对照组中并没有任何变化。同时，在同侧CA1区域，相比对照组，抗体在小神经胶质细胞溶酶体中有50%的下降，证明了对C1q的中和阻止了小神经胶质细胞对突触的吞噬。
蛋白质组学能够揭示与疾病直接相关的相关蛋白质，广泛运用在疾病机理的研究中。研究者运用蛋白质组学技术，通过一系列生信分析筛选出目标蛋白C1q，后证明出C1q的存在与突触被小神经胶质细胞的吞噬有正相关性，但是通过使用特异性抗体结合C1q的方式可以逆转突触的被吞噬，从而增加突触的数量以及密度。同时，作者表达了对C1q抗体结合阻止突触被吞噬的这种方式的临床化的憧憬，希望对像阿尔兹海默症这类进行性发展的神经系统退行性疾病的治愈有所帮助。
参考文献：
Dejanovic B, et al., 2018, Changes in the Synaptic Proteome in Tauopathy and Rescue of Tau-Induced Synapse Loss by C1q Antibodies. Neuron.
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