Front Aging Neurosci︱PTAFR作为一种新型生物标志物助力阿尔兹海默症诊断与治疗
责编︱王思珍
制版︱查佳雪
阿尔兹海默症（Alzheimer’s Disease，AD）作为一种与年龄密切相关的神经退行性疾病，严重危及老年人的生命[1, 2]。临床上AD患者多表现为认知缺陷、记忆力减退和语言功能障碍[3]。现阶段，AD公认的标志性病理生理改变包括大脑中淀粉样蛋白β（Amyloid-beta，Aβ）沉积形成的老年斑、tau蛋白过度磷酸化导致的神经纤维缠结及广泛的神经元缺失和胶质细胞大量增生[4, 5]。然而，AD病理学的改变往往远早于临床症状的出现。当临床症状出现后，AD进展便难以逆转[6, 7]。因此，早期诊断和治疗是延缓AD进展的关键。目前，AD诊断主要依靠MMSE评分、18 FDG-PET、CT或MRI扫描，以及脑脊液中T-tau、p-tau、Aβ42等生物标志物的鉴定。然而，这些方法存在成本高、缺乏特异性或样本采集具有侵入性等缺陷[8]。因此，寻找可识别的强特异性的潜在AD生物标志物成为亟待解决的问题。
2022年4月28日，中国医科大学药学院药理教研室的刘明妍团队在Frontiers in aging neuroscience上发表了题为“Platelet Activating Factor Receptor Exaggerates Microglia-Mediated Microenvironment by IL10-STAT3 Signaling: A Novel Potential Biomarker and Target for Diagnosis and Treatment of Alzheimer’s Disease”的研究论文。刘俊秀博士为论文第一作者，刘明妍教授为论文第一通讯作者。作者通过GEO芯片分析发现一种AD早期在脑组织、外周血和脑脊液里均显著上调的可用于AD早期诊断的生物标志物——PTAFR，并揭示了PTAFR抑制小胶质细胞中IL10-STAT3 信号恶化神经元炎性微环境，促进AD发生的分子机制。
血小板激活因子受体（platelet activating factor receptor，PTAFR）在许多疾病中发挥着重要的作用。有研究报道，PTAFR可作为乳腺癌骨转移的重要靶标[9]；促进心肌梗死后的纤维化形成[10]；加剧肾小管炎性反应所致的肾损伤[11]。然而，PTAFR 在神经学领域鲜有报道，其是否可以作为AD早期诊断的生物标志物，其在AD进展中的具体致病机制如何，尚未可知。
首先，为了获得与 AD 进展相关的差异表达基因，作者利用GEO数据对AD各时期差异表达基因（DEG）进行分析发现共32个DEGs在AD不同阶段均存在显著差异表达，其中25个基因在AD各时期均呈显著高表达（图1），符合筛选生物标志物的特征。随后，作者对DEGs进行富集分析，发现其与包括炎症反应在内的生物学途径密切相关；Cytoscape软件对DEGs之间的相互作用进行评估，并发现有包括PTAFR等22个基因与AD核心致病基因APP存在一定的相互作用（图2）。
（图源：Junxiu Liu, et al., Front Aging Neurosci, 2022）
（图源：Junxiu Liu, et al., Front Aging Neurosci, 2022）
进一步，作者为了筛查用于诊断AD的潜在生物标志物，对AD各阶段海马脑区的32个DEGs与AD患者脑脊液和血液中的DEGs进行交集分析，得到了两个同时在AD患者血液、脑脊液和海马中均上调的潜在目标基因PTAFR和AKAP13（图3A）。通过对比两个基因分别和MMSE评分，Braak评分，及神经纤维缠结评分的相关性，发现PTAFR相对于AKAP13显示出与上述评分更强的相关性（图3B-D）。此外，作者发现PTAFR在AD患者内嗅皮质、海马和颞叶皮质中也有高表达（图3H），且TAFR在小胶质细胞中较其他中枢神经系统细胞具有更显著的高表达特征（图3G），提示PTAFR更有利于作为AD生物标志物进行后续深入的发病机制的研究。
（图源：Junxiu Liu, et al., Front Aging Neurosci, 2022）
接着，作者在上述发现的基础上，分别从体内外水平进行了验证。结果发现，PTAFR在APP/PS1小鼠脑内和外周血中的表达均显著上调，且PTAFR在LPS+Aβ诱导的BV2细胞系上表达显著升高（图4），而相对于其他AD模型细胞系如神经元和星形胶质细胞无显著差异。这表明 PTAFR 在AD脑内与外周血中显著升高，适于成为生物标志物用于AD早期诊断，且其在小胶质细胞特异性高表达，与预测显示了相同的结果，提示其与小胶质细胞介导的神经炎性反应密切相关。
（图源：Junxiu Liu, et al., Front Aging Neurosci, 2022）
有研究报道，PTAFR与肾损伤[11, 12]和视网膜新生血管形成[13]时炎症因子的分泌密切相关，暗示了小胶质细胞介导的神经炎症可能是PTAFR参与AD进展的因素。作者通过STRING在线工具发现PTAFR与炎症因子IL-10和STAT3密切相关。因此，做出了假设：PTAFR 是通过 IL10-STAT3 信号通路激活小胶质细胞介导的神经炎症，以此加剧AD神经元的炎性损伤。作者发现LPS+Aβ 处理后的BV2细胞中，IL-10的mRNA和蛋白水平均显著降低，而STAT3和IL-6的水平显著升高，其条件培养液可显著降低SH-SY5Y细胞的细胞活力及神经可塑性指标MAP2和Syn 的表达；当沉默 PTAFR 基因后，这种作用则被逆转（图5）。这提示PTAFR可作为一种潜在的AD生物标志物，并通过 IL10-STAT3 信号上调炎症因子，恶化小胶质细胞介导的神经元炎性微环境。
（图源：Junxiu Liu, et al., Front Aging Neurosci, 2022）
最后，作者还对其作新型治疗靶点的可能性进行了探索，分别选择了多奈哌齐、美金刚、EGCG、姜黄素和石杉碱甲等临床和科研常用的AD治疗药物与PTAFR的进行靶向分子对接，发现PTAFR与多奈哌齐，EGCG和姜黄素等具有多个苯环的化合物的结合力更强，与美金刚和石杉碱甲等具有立体构象的化合物的结合力稍弱。这些结果表明，PTAFR可能与一些具有多苯环结构的抗AD药物相互作用，并可能成为未来AD治疗新策略及抗AD新药研发的潜在靶点。
（图源：Junxiu Liu, et al., Front Aging Neurosci, 2022）
本研究亦存在一定局限性，如沉默PTAFR后是否能通过影响APP/PS1小鼠大脑内IL10-STAT3通路，进一步干扰神经元周围的免疫微环境，仍需验证。此外，虽然作者使用MOE软件将PTAFR与各种潜在的抗AD药物进行分子对接，但对接的药物是否能如预期那样通过与PTAFR结合，发挥改善AD患者脑内的炎性微环境，仍需进一步深入研究。
刘俊秀博士为论文第一作者，刘明妍教授为论文第一通讯作者。
刘俊秀（左一），刘明妍（中）
（照片提供自：中国医科大学药学院药理教研室）
通讯作者简介：刘明妍，教授，硕士生导师，研究方向为神经退行性疾病发病机制与新药研发。以通讯作者或第一作者在Eur J Med Chem、Mol Neurobiol、Exp Mol Med、Mol Nutr Food Res等国际著名期刊上发表过文章。主持国家自然科学基金及辽宁省科技厅、教育厅重点项目，参加多项国家科技部新药创制专项及省市课题。、
参考文献（上下滑动阅读）
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本文完