血浆蛋白质组学揭示阿尔茨海默病内表型的外周分子特征及其与脑病理和认知功能的关联

本研究针对阿尔茨海默病（AD）多病理共存机制不明及外周生物标志物缺乏的问题，通过大规模血浆蛋白质组学分析（n=2,139），发现214种蛋白质与脑β-淀粉样变性显著相关，其中75%依赖APOE ε4基因型；鉴定出496种与认知功能相关的蛋白质，约50%无法用已知神经病理解释。研究揭示了细胞外基质（ECM）、蛋白质稳态和免疫通路在AD中的核心作用，并证实血浆与脑/脑脊液蛋白关联存在区室特异性，为AD精准诊疗提供了新靶点和策略。

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）长期以来被临床定义为脑内β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积伴随认知障碍的疾病，然而尸检研究表明，大多数AD患者大脑中存在多种共病理，包括tau蛋白缠结、路易体、TDP43包涵体以及脑血管病变等。这些复杂的神经病理改变如何影响疾病进程，以及外周系统如何参与AD的发生发展，仍是未解之谜。近年来，血液生物标志物的发展为AD的早期诊断提供了新工具，尤其是血浆磷酸化tau蛋白（如pTau217）已成为脑Aβ沉积的有效预测指标。但血浆中是否还存在其他能反映AD多种内表型的蛋白质变化？这些变化是否与中枢神经系统直接相关？这些问题对理解AD的全身性病理机制和开发新型治疗策略至关重要。

为此，由Shiva Afshar和Eric B. Dammer共同领导的研究团队在《Nature Aging》发表了最新成果。他们利用SomaScan 7K平台对来自四个队列（Bio-Hermes、Emory GADRC、ROSMAP和Emory Other）的2,139名参与者进行了大规模血浆蛋白质组学分析，共量化了6,345种蛋白质。研究不仅系统评估了血浆蛋白与脑Aβ沉积的关联，还深入探索了其与多种神经病理（如tau、TDP43、路易体、脑血管病）以及认知功能的关系，并通过蛋白质共表达网络分析和多区室（血浆、脑组织、脑脊液）比对，揭示了外周蛋白在AD中的潜在作用机制。

研究主要依托以下关键技术方法：首先，采用SomaLogic SomaScan 7K适配体平台对血浆样本进行高通量蛋白质组检测；其次，利用线性模型、逻辑回归和meta分析统计方法评估蛋白与病理表型的关联；第三，基于WGCNA构建血浆蛋白质共表达网络，识别功能模块；第四，通过基因本体（GO）富集分析解析关键生物学通路；最后，整合来自ROSMAP队列的脑组织蛋白质组数据及已发表的脑和脑脊液网络数据，进行跨区室比较。所有分析均对年龄、性别、种族等协变量进行了校正，并采用本杰明-霍赫伯格法控制多重检验误差。

血浆蛋白质与脑β-淀粉样变性的关联

研究发现，214种血浆蛋白质与脑Aβ沉积显著相关，其中131种正相关，83种负相关。最显著的蛋白包括纺锤体检查点蛋白SPC25、D-3-磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）、液泡分选相关蛋白VPS29和凋亡抑制蛋白BIRC2。正相关蛋白富集于突触和细胞外基质（ECM）通路，而负相关蛋白则与代谢和蛋白质稳态通路相关。值得注意的是，75%的Aβ关联蛋白依赖APOE ε4基因型，调整ε4后仅56种蛋白仍显著相关，如复合蛋白CPLX2。这表明APOE ε4通过调控脂蛋白代谢等多通路影响AD风险。

与脑Aβ斑块相关蛋白的重叠分析

研究对比了血浆Aβ关联蛋白与脑组织激光显微切割质谱鉴定的斑块相关蛋白，发现17种重叠蛋白。其中SMOC1、SPON1和α1-抗胰凝乳蛋白酶（SERPINA3）在脑斑块和血浆中均呈正相关，而APOE、HTRA1和血清淀粉样P成分（APCS）在脑组织中富集但血浆水平与斑块负相关，提示脑-血浆蛋白关系存在复杂性。此外，在ROSMAP队列中，仅150种血浆蛋白与脑蛋白水平正相关，87种负相关，表明大多数血浆Aβ关联蛋白并非直接反映脑内变化。

血浆蛋白质组对脑Aβ的诊断价值

通过构建多蛋白比值模型（如SPC25+CLPX2+SMOC1+ACHE/NEFL+VPS29+PTPRU+NOMO2），研究发现其区分Aβ阳性与阴性个体的AUC可达80%，但性能仍低于血浆pTau217（AUC≈90%）。在非APOE ε4携带者中，采用ε4非依赖蛋白并未改善预测准确性，提示当前血浆蛋白质组尚不能替代pTau217用于Aβ诊断。

血浆蛋白质与认知功能的关联

认知功能相关分析发现，神经元五聚蛋白受体（NPTXR）是唯一在四个队列中均与认知正相关的蛋白。meta分析鉴定出VAT1和淀粉样前体样蛋白1（APLP1）与认知正相关，而乙酰胆碱酯酶（ACHE）和SPC25与认知负相关。正相关蛋白富集于蛋白质翻译、钙黏蛋白和外泌体通路，负相关蛋白则涉及突触、免疫应答和ECM通路。调整Aβ后，仍有大量蛋白与认知相关，富集通路包括线粒体、免疫、脂肪酸代谢和ECM，凸显了认知障碍的多通路机制。

与其他神经病理的关联及认知风险的预测

在ROSMAP队列中，研究评估了血浆蛋白与多种神经病理的关联，发现约50%的认知相关蛋白（255/496）与至少一种神经病理相关，其余则与T细胞生物学、葡萄糖代谢、高尔基体糖基化等通路相关，提示当前神经病理评估未能完全捕捉认知衰退的分子基础。纵向分析显示，基线血浆中ECM、肝素结合、细胞因子和免疫通路蛋白与全因认知衰退风险相关，而限制性分析（仅高Aβ/tau病理转换者）进一步突出了凝血/补体、肌肉和ECM通路的作用。风险蛋白在AGES-Reykjavik队列中的验证表明，SMOC1、组织因子途径抑制物（TFPI）和肌间线蛋白MYOM2等与AD转换风险相关。

AD内表型与血浆蛋白共表达模块的关联

血浆共表达网络识别出27个模块，代表脂蛋白、补体、神经元发育等通路。Aβ关联蛋白显著富集于M16（胆固醇/脂质/APOE）模块，而认知功能相关蛋白富集于M7（蛋白质折叠/分子伴侣）和M13（泛素连接酶/蛋白分泌）模块，表明蛋白质稳态与认知的密切关系。风险蛋白则与M18（凝血/补体/伤口愈合）和M4（ECM/TNF/神经元发育）模块相关。与脑和脑脊液网络的比较显示，血浆模块与脑组织重叠较少，但与脑脊液模块（如APOE相关氧化解毒/MAPK信号、nedd化和线粒体模块）重叠较多，提示血浆与脑脊液在蛋白共表达关系上更一致。

跨区室关联的一致性与差异性

研究进一步发现，某些通路在血浆和脑脊液中的变化方向一致（如免疫、ECM和一般代谢），而突触通路则呈现相反趋势（血浆中升高，脑脊液中降低）。例如，代谢相关蛋白在脑和脑脊液中与认知负相关，但在血浆中正相关，可能反映了外周与中枢代谢状态的分离或血脑屏障的调控作用。

研究结论强调，AD是一种涉及多通路、多系统的疾病，外周血浆蛋白质组不仅能反映脑Aβ沉积，还揭示了独立于Aβ的认知相关机制，特别是ECM、蛋白质稳态、免疫和代谢通路的关键作用。许多血浆认知关联蛋白与神经病理无关，突出了外周因素（如全身性免疫激活或代谢改变）对AD病理的潜在贡献。此外，APOE ε4通过影响脂蛋白代谢、微管动态和细胞分裂相关蛋白，可能桥接了Aβ和tau病理。这些发现为开发AD外周生物标志物和靶向ECM、免疫等通路的治疗策略提供了重要依据。研究的局限性包括未调整药物使用影响、纵向数据不足以及缺乏tau PET影像验证，未来需结合多组学和干预实验进一步验证。