Alzheimer’s & Dementia︱中国医学科学院&北京协和医学院葛薇/马超合作组揭示AD中淀粉样斑块的不同组分

Authorship (Chinese)︱LTNeurosci

Responding Editor︱LTNeurosci

Comparison of a normal aged brain (left) and the brain of a person with Alzheimer's (right). Characteristics that separate the two are pointed out.

https://en.wikipedia.org/wiki/Alzheimer%27s_disease

淀粉样斑块（amyloid plaques，APs）沉积是阿尔茨海默症（AD）的主要特征之一，其主要由β-淀粉样蛋白（Aβ）肽和超磷酸化tau蛋白的神经纤维缠结组成【1】。

独立实验表明，Aβ沉积远早于临床痴呆症状和早tau病理，这暗示着Aβ沉积在AD发展中起着促进、或甚至是致病的作用【2-3】。

可溶性Aβ寡聚体的毒性比不可溶性淀粉样蛋白原纤维的毒性要更大；APs是动态的，也是各种形式的Aβ和其他生物活性分子的聚集地【4】。可溶性Aβ寡聚体能够诱发诸多下游细胞和分子的变化，包括小胶质细胞增生和神经营养不良等【5】。

正因为如此，在过去20年的研究中，为了减少Aβ斑块以及大脑中其他毒性Aβ寡聚体的水平，研究者们开发了数百种治疗策略；这些方面在小鼠模型中已取得了很不错的成绩，然而，在临床试验中并没未呈现出实质性的效果【6】。

尽管如此，这些研究足以表明AD发病机制的复杂性；要达到真正的治疗效果，仅仅靶向Aβ是不够的【7】。另一个主要原因是小鼠模型和人类AD之间存在差异性；虽然已经产生了各种AD小鼠模型，但它们与人类AD表现出不同的认知缺陷和病理进展，所以获得的结果具有误导性【8】。

另外一些研究也表明，在许多认知正常的老年人大脑中检测到了大范围的Aβ斑块病理【9】。这些正常受试者可能处于临床前状态，AD症状尚未完全表现出来【10】。但是，与AD中的致密性斑块相比，这些受试者中的APs似乎更具有扩散性、更易聚集有毒的Aβ寡肽【11】。

因此，对AD和非AD脑中的APs蛋白组进行比较分析，将有助于我们深入理解APs病理与AD进展之间的关系。

全面的蛋白质组学分析会极大促进对复杂细胞和分子事件的系统理解【12-13】。由于微阵列和RNA测序无法检测到AD脑中细胞内和细胞外的变化，因此，研究者将目光转向于蛋白质组学方法的研究【14-15】。典型地，激光捕获显微切割（laser capture microdissection，LCM）可以对AD脑内APs蛋白组进行特征鉴定，为斑块病理学研究提供重要依据【16-17】。

因此，为了充分理解AD脑内APs蛋白组的病理学特征，来自（中国）中国医学科学院＆北京协和医学院的葛薇（Wei Ge）和马超（Chao Ma）合作团队，通过LCM与同量异位素标记（串联质谱标记）高通量质谱（isobaric tag labeling（tandem mass tag）high-throughput mass spectrometry）相结合，对不同来源的APs蛋白组进行了特征探究，成果揭示出AD、非AD、以及APP/PS1小鼠的APs之间存在差异性，并且这种差异性可能与不同的病理过程有关【18】。该项出色成果已于2018年11月28日以Quantitative proteomics reveals distinct composition of amyloid plaques in Alzheimer’s disease为题发表在Alzheimer's & Dementia（IF=12.740）上【18】。

此项研究中，熊峰（Feng Xiong）（第一作者）等人旨在确定AD、年龄匹配的非AD脑、以及APP/PS1转基因模型小鼠中APs的蛋白质组学特征。

首先，研究者们采用激光捕获技术（laser capture dissection），从新鲜冷冻的脑切片中采集到了APs样本及对照样本（其邻近区域）；然后，应用标记耦合高通量质谱（tag-labeling coupled high-throughput mass spectra）对蛋白质进行定量分析(Fig.1-2)。

Fig.1  Acquisition and quality assessment of human and APP/PS1mouse model amyloid plaque proteomes.

Fig.2  Different pathways and biological processes were altered in AD and APP/PS1APs.

最终，研究人员成功定量出的蛋白质超过4000种，其中有超过40种高度富集于AD和非AD 淀粉样斑块中，包括APOE、中期因子（midkine）、VGFR1以及补体C4 (Fig.1-2)。

有趣的是，包括突触结构蛋白和补体C1r、C5、C9在内的蛋白质在AD APs中上调，而在非AD APs中并没有上调(Fig.3)。此外，AD的APs蛋白组学模式不同于与APP/PS1 转基基因小鼠的APs蛋白组学模式，且与海马衰老有一定的相关性(Fig.4)。

Fig.3 Characterization of AD-associated proteins. (A–C) Identification of significantly changed proteins in AD APs (A), non-AD APs (B) and APP/PS1 APs (C).

Fig. 4  Proteins associated with non-AD APs are upregulated in the aged hippocampus.

总的来说，文章中，熊峰等人对斑块病理进行了最全面的蛋白质组学分析；研究结果为我们理解AD病理机制提供了独特见解，也为今后的AD研究奠定了坚实的基础。

在此研究基础上，未来的研究中，需要进一步了解新发现的富含斑块蛋白质在斑块沉积和毒性中的作用，以及APs异质性与AD过程和药物反应的关系。

补充阅读

通讯作者简介

葛薇

葛微教授本科毕业于北京师范大学化学系，之后在河北农业大学从事教学科研工作5年。2002年，获得牛津大学全额奖学金资助攻读有机化学博士，师从Professor Sir Jack. E. Baldwin，2005年在牛津大学取得博士学位，2005-2012年在牛津大学Professor Christopher J Schofield课题组做博士后研究。2013年回国后被聘为中国医学科学院基础医学研究所免疫系教授，博士生导师，获得协和学者称号。

研究兴趣和方向

1.结直肠癌的免疫应答分子机制的研究。

2. 基于人脑组织库的蛋白质组学研究。

科研和工业服务：

1.双特异性抗体合成

2.核素（18F, 11C, 99mTc, 188Re, 68Ga）标记小分子和抗体；

3.特殊小分子合成定制

具体请联系方老师(电话：[phone])

联系方式：

办公电话：69156470

邮箱：[e-mail]

马超及其课题组

负责人：马超，1999年毕业于中国协和医科大学，获医学博士学位。毕业后在北京协和医院外科任住院医师1年。2000年以博士后访问学者身份赴美国耶鲁大学医学院麻醉学系从事慢性痛发生机制的研究，2008年开始成为助理教授。2011年底回到母校，任北京协和医学院、中国医学科学院基础医学研究所解剖与组胚学系主任，“协和学者”特聘教授，博士生导师。2012年创建中国医学科学院人脑组织库并担任负责人，2014年开始牵头成立了“中国人脑组织库协作联盟”，并组织制订了第一版《中国人脑组织库标准化操作规范》。担任中国解剖学会常务理事、副秘书长、人脑库研究分会主任委员、北京解剖学会副理事长等职务。2016年8月获得中国解剖学会“青年解剖科学家奖”。

主要研究方向：

1. 慢性痛与痒的神经机制

慢性痛是我国乃至全世界范围内严重影响人们健康生活质量的主要问题之一。在医科院基础所原谢益宽教授实验室的基础上，我们已经建立起了一个神经生物学研究实验室和科研梯队，以神经电生理、药理学、影像学、免疫组化和动物行为学为主要手段，以背根神经节在体和离体记录平台为技术特色，重点研究慢性痛的免疫相关机制以及外周感觉神经元的异位放电机理。在此基础上，我还与耶鲁大学医学院、协和医院等科研和临床机构开展积极合作，将研究范围推广到慢性痛与瘙痒患者的病理改变和治疗，与协和医院麻醉科共同建立了“麻醉-疼痛联合实验室”。痒觉的研究在世界范围内仍处于起步阶段，而其临床价值越来越受到人们的重视。运用类似的方法和思路，痒觉及瘙痒症的基础与临床研究可以与慢性痛的研究同步开展。 目前研究课题已经获得国家自然科学基金、基础所院所长基金、医科院“协和学者”奖励基金以及美国NIH研究基金等支持。

2.人脑组织库的建设及研究，衰老与痴呆的人脑机制

人脑组织库收集志愿捐献的人体神经组织材料，并采集捐献者生前疾病和生活信息，作为科学工作平台支撑对健康和疾病组织材料的直接观察与研究。研究结果将有助于揭示包括神经退行性痴呆在内的衰老相关的脑疾病机制，并为基于人脑组织的其他基础和临床医学研究打下基础。目前该研究项目已经获得中国医学科学院人体组织器官资源库建设项目和国家自然科学基金等支持。

联系方式：

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课题组网页：http://anatomy.sbm.pumc.edu.cn/viewname.asp?/940.html

文献参考

【1】Spires-Jones TL, Hyman BT. The intersection of amyloid beta and tau at synapses in Alzheimer’s disease. Neuron 2014;82:756–71.

【2】Huang Y, Mucke L. Alzheimer mechanisms and therapeutic strategies. Cell 2012;148:1204–22.

【3】Meyer-Luehmann M, et al. Rapid appearance and local toxicity of amyloid-beta plaques in a mouse model of Alzheimer’s disease. Nature 2008;451:720–4.

【4】Haass C, Selkoe DJ. Soluble protein oligomers in neurodegeneration: Lessons from  the  Alzheimer’s  amyloid beta-peptide. Nat Rev Mol Cell Biol 2007;8:101–12.

【5】Shankar GM, et al. Amyloid-beta protein dimers isolated directly from Alzheimer’s brains impair synaptic plasticity and memory. Nat Med 2008;14:837–42.

【6】Wang YJ. Alzheimer disease: Lessons from immunotherapy for Alzheimer disease. Nat Rev Neurol 2014;10:188–9.

【7】Krstic D, Knuesel I. Deciphering the mechanism underlyinglate-onset Alzheimer disease. Nat Rev Neurol 2013;9:25–34.

【8】Miller JA, et al., Divergence of human and mouse brain transcriptome highlights Alzheimer disease pathways. Proc Natl Acad Sci U S A 2010;107:12698–703.

【9】Aizenstein HJ, et al. Frequent amyloid deposition without significant cognitive impairment among the elderly. Arch Neurol 2008; 65:1509–17.

【10】Sperling RA, et al. Toward defining the preclinical stages of Alzheimer’s disease: Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement 2011;7:280–92.

【11】Selkoe DJ. Toward a comprehensive theory for Alzheimer’s disease. Hypothesis: Alzheimer’s disease is caused by the cerebral accumulation and cytotoxicity of amyloid beta-protein. Ann N Y Acad Sci 2000;924:17–25.

【12】Williams EG, et al. Systems proteomics of liver mitochondria function. Science 2016; 352:aad0189.

【13】Sharma K, et al. Cell type- and brain region-resolved mouse brain proteome. Nat Neurosci 2015;18:1819–31.

【14】Hadley KC, et al. Determining composition of micron-scale protein deposits in neurodegenerative disease by spatially targeted optical microproteomics. Elife 2015;4.

【15】Hondius DC, et al. Profiling the human hippocampal proteome at all pathologic stages of Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement 2016;12:654–68.

【16】Liao L, et al. Proteomic characterization of postmortem amyloid plaques isolated by laser capture microdissection. J Biol Chem 2004; 279:37061–8.

【17】Drummond E, et al., Proteomic differences in amyloid plaques in rapidly progressive and sporadic Alzheimer’s disease. Acta Neuropathol 2017;133:933–54.

【18】F. Xiong et al. Quantitative proteomics reveals distinct composition of amyloid plaques in Alzheimer’s disease. Alzheimer’s & Dementia; DOI: https://doi.org/10.1016/j.jalz.2018.10.006.

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