全球一半病例在中国！Nat Struct & Mol Biol：科学家发现生物标志物的新形态，有望解开帕金森病诊断难题！

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关键词： Nat Struct生物科学家发现诊断Mol BiolNat

资讯来源：生物谷

发布时间： 2022-12-03

帕金森病（Parkinson’s disease, 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1。 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[2]）

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（图片来源：参考资料[1]）

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[1]）

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).

撰文 | 道容若溪

编辑 | cici

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