导 语
帕金森病的临床诊断非常困难。近日,一研究团队发现了一组帕金森病患者中结构异常的蛋白,为帕金森病的诊断标志物提供了新思路。
帕金森病(Parkinson’sdisease,PD)是一种常见的神经退行性疾病,临床上表现为运动迟缓、静止性震颤等特征性症状,同时伴有嗅觉障碍、睡眠障碍等非运动症状,目前医学尚不能彻底治愈。流行病学显示,我国65岁以上人群患病率为1.7%,现存患者已达260万例,约占全球患者的一半,预计每年新增患者近20万例。
对于如此常见的老年疾病,恐怕出乎大多数人预料之外的是,对于帕金森病的临床诊断非常困难,它不像冠心病、高血压或是糖尿病这些疾病一样能够迅速得到确诊。帕金森病的血生化检查没有特异的标志物,影像学也没有特殊表现,这让人们很难尽早确诊并进行针对性的治疗。医生一般只能通过病史、临床检查等,评估有没有疾病倾向;还会通过排除诊断、支持诊断来进一步辅助判断;甚至还要通过持续随访和疗效观察,最终确定是否为帕金森病。根据《2020年帕金森病基层诊疗指南》,其诊断主要依靠详尽的病史和完整的神经系统体格检查,尚无可以确诊的特异检查。
今年10月,苏黎世联邦理工学院的一项研究为帕金森病的诊断提供了新的希望。研究团队发现了一组帕金森病患者中结构异常的蛋白,这或许能成为帕金森病的诊断标志物。这也是科学家首次证明,对体液中所有蛋白质结构的分析可以识别疾病的潜在生物标志物。
新技术揭示蛋白指标的新维度
没有有效的生物标志物,是因为我们漏过了哪些蛛丝马迹吗?基于传统的质谱方法来检测蛋白,可以识别出蛋白丰度、翻译后修饰(PTMs)、亚型表达水平等指标,但忽略了一些其它影响蛋白功能的事件,比如小分子结合、蛋白质相互作用、错误折叠和蛋白质结构变化。Paola Picotti教授的研究团队注意到这些缺失,通过一种新的技术LiP–MS重新审视了健康人和帕金森病患者脑脊液样本的蛋白差异。LiP–MS指有限蛋白水解质谱(limited proteolysis-mass spectrometry),其分辨率达到了单一功能结构水平,可在整个蛋白质组范围内监测蛋白的结构变化,并记录变化的准确位置2。在既往研究中,这一套方法可以生动的展现细菌的营养适应、酵母细胞对急性应激的反应等过程中的蛋白结构动态。
▲LiP–MS技术流程,包括蛋白水解、质谱分析、蛋白质全局结构读数等(图片来源:参考资料)
基于LiP–MS技术,研究团队检测了51名健康人与52名帕金森病患者的脑脊液样本,从中鉴定出2100多种蛋白和48,000多种肽类(蛋白水解产物),通过进一步的差异比较,筛选出76种蛋白在帕森金病患者的样本中出现了特异结构改变。
为了进一步确认这些蛋白是否与PD相关,研究团队在另外一组小的人群队列中进行了验证(5例健康人,5例帕金森病患者,尸检样本的脑组织)。上述76种脑脊液蛋白中有27种在细胞内发挥功能,这其中的16种在PD患者脑组织中展现出了与脑脊液中相同的结构异常,这证实了蛋白结构分析是一种表征疾病状态的有力方法。
▲样本收集及检测流程
PD患者中结构异常的蛋白会影响哪些生理功能?
在确定PD特异的蛋白结构变异后,研究团队进一步探索这些变异会对哪些生理功能造成影响。通过蛋白功能分析,这76种蛋白中包括了调节神经递质信号的蛋白质(突触素1、淋巴细胞抗原6H),它们已经被证实能在动物模型中引起PD样表型3;神经细胞粘附分子(NrCAM),在神经再生、学习和记忆等方面发挥重要作用4;PITH结构域蛋白(PITHD1)与嗅觉功能调控相关5,6。这些不同类别的蛋白质都与PD异常的生理功能密切相关。
▲PD患者发生结构异常的蛋白示例(图片来源:参考资料)
新形态标志物的发现可能让我们在与疾病的抗争中多打几个胜仗!
尽管上述数据还不足以支持这76种蛋白直接用于PD临床诊断和治疗,还有待于更大规模的患者群体验证、更完善的作用机制研究,但确实为人们提供了一个非常有力的潜在指标。期待在不久的将来,蛋白结构变异能够帮助PD患者诊断,甚至作为治疗的有效靶标。不仅如此,这项研究也为其它疾病的生物标志物的发现打开了新的思路:不仅某些蛋白的存在与否、丰度高低能够用于识别疾病,一些蛋白的结构变异也同样具有影响人体生理功能的效应。
也许靠着全新的LiP–MS技术和受其启发而在未来可能出现的其它新技术的帮助下,人们能够更好更快的确诊PD和其类似的疑难杂症,以便于更好的治疗。哪一天早上起床如果再发现身体不适,也许简单的一个小测试,就可以让你知道自己是杞人忧天,还是该尽早去医院接受治疗。但永远不用过分担心,即使是PD,只要提高警惕、早发现早治疗,一样可以很大程度上阻止它的发生与进展!
参考文献
1 Mackmull, M. T. et al. Global, in situ analysis of the structural proteome in individuals with Parkinson's disease to identify a new class of biomarker. Nat Struct Mol Biol 29, 978-989, doi:10.1038/s41594-022-00837-0 (2022).
2 Cappelletti, V. et al. Dynamic 3D proteomes reveal protein functional alterations at high resolution in situ. Cell 184, 545-559 e522, doi:10.1016/j.cell.2020.12.021 (2021).
3 Wang, Q. et al. The landscape of multiscale transcriptomic networks and key regulators in Parkinson's disease. Nat Commun 10, 5234, doi:10.1038/s41467-019-13144-y (2019).
4 Corradini, B. R. et al. Complex network-driven view of genomic mechanisms underlying Parkinson's disease: analyses in dorsal motor vagal nucleus, locus coeruleus, and substantia nigra. Biomed Res Int 2014, 543673, doi:10.1155/2014/543673 (2014).
5 Lachen-Montes, M. et al. Unveiling the olfactory proteostatic disarrangement in Parkinson's disease by proteome-wide profiling. Neurobiol Aging 73, 123-134, doi:10.1016/j.neurobiolaging.2018.09.018 (2019).
6 Lachen-Montes, M. et al. Smelling the Dark Proteome: Functional Characterization of PITH Domain-Containing Protein 1 (C1orf128) in Olfactory Metabolism. J Proteome Res 19, 4826-4843, doi:10.1021/acs.jproteome.0c00452 (2020).
来 源 / 生物谷
华医网开设影像学习专题,帮你快速学会影像读片。全面讲解:胸部影像、颅脑影像、腹部影像、骨科影像…