大鼠脑区突触蛋白质组区域多样性图谱的构建与解析

本研究针对哺乳动物大脑功能复杂性源于不同脑区突触蛋白组成差异这一关键科学问题，采用Percoll密度梯度超速离心结合TMT标记定量蛋白质组学技术，首次系统绘制了SD大鼠六个关键脑区（前皮质、后皮质、海马、纹状体、嗅球和小脑）的突触体蛋白质组图谱。研究鉴定出3,440种蛋白质（60.11%为突触特异性蛋白），通过SynGO数据库分析揭示了脑区特异的细胞组分和生物学过程富集特征，为理解神经精神疾病的区域特异性病理机制提供了重要分子资源。

　　

哺乳动物大脑堪称自然界最精密的生物计算机，其复杂功能源于数百亿神经元通过突触形成的动态网络。突触不仅是神经信号传递的关键节点，更是通过激活细胞内生化信号通路参与学习记忆等高级认知功能。尽管根据形态特征可将突触粗略分为兴奋性、抑制性和调节性三类，但决定其功能多样性的核心在于蛋白质组成的区域特异性差异。这种差异与阿尔茨海默病、帕金森病等神经精神疾病的区域选择性病理改变密切相关。然而，现有研究多聚焦于突触后膜组分，缺乏对完整突触体的系统分析，更未见针对不同脑区突触蛋白质组的比较研究。这一知识空白严重制约着对脑功能区域特异性和相关疾病机制的理解。

为解决这一瓶颈问题，河北医科大学张伟和孔德智团队在《Scientific Data》发表了首个大鼠多脑区突触蛋白质组资源图谱。研究采用Percoll密度梯度超速离心技术从10周龄雄性SD大鼠的六个脑区（前皮质AC、后皮质PC、海马HIP、纹状体ST、嗅球OB和小脑CB）分离突触体，通过TMT标记定量蛋白质组学和SPS-MS³串联质谱技术进行分析。每组样本由3只大鼠组织混合构成，共产生36个LC-MS/MS数据文件。

技术验证与数据质量

电镜观察证实分离的突触体保持完整形态，包含突触小泡和完整的突触膜结构。Western blot显示突触标志物PSD95和Synaptophysin显著富集。质谱分析共鉴定3,440种蛋白质，其中84.44%在三个生物学重复中均被检测到，97.2%为六脑区共有蛋白。与SynGO数据库比对显示28.3%的鉴定蛋白（963种）具有突触注释，证实数据质量可靠。

区域特异性分析

主成分分析（PCA）显示不同脑区样本明显分离，热图分析揭示前100个变异蛋白形成特征性区域表达模式。小脑CB和嗅球OB显示出最多区域富集蛋白，而海马HIP最少。值得注意的是，纹状体ST高表达多巴胺转运体DAT1（SLC6A3），嗅球OB特异性富集GABA转运体GAT3（SLC6A11），小脑CB则独特高表达谷氨酸转运体EAAT4（SLC1A6），这些发现与各脑区的已知功能高度吻合。

功能注释

通过SynGO进行的基因本体（GO）分析显示，鉴定蛋白广泛参与突触组织、信号传递和代谢过程。细胞组分分析揭示这些蛋白定位于突触前/后成分、突触膜和突触间隙等结构。特别值得注意的是，参与突触可塑性调控的蛋白在不同脑区呈现显著表达差异，暗示区域特异的突触调控机制。

这项研究创建了首个开放获取的大鼠脑区突触蛋白质组数据库（ProteomeXchange编号PXD066636），填补了神经科学领域重要空白。建立的Percoll梯度离心结合TMT-SPS-MS³技术体系为突触蛋白质组研究提供了标准化方案。发现的脑区特异性分子特征不仅为理解运动协调、嗅觉处理和奖赏回路等功能的分子基础提供线索，更为研究神经精神疾病的区域选择性脆弱性机制开辟新途径。未来通过整合转录组和表观组数据，将进一步揭示突触多样性的调控网络，推动精准神经医学的发展。