阿尔茨海默病脑脊液转录组图谱揭示疾病相关分子失调机制及其诊断潜力

本研究通过脑脊液（CSF）细胞游离信使RNA（cf-mRNA）测序技术，首次系统描绘了阿尔茨海默病（AD）的转录组特征，发现CSF相较于血浆富含更多脑源性转录本，并鉴定出1943个差异表达基因（DEGs），涉及CREB信号传导、突触功能等AD核心通路。研究不仅构建出高判别力（AUC=0.87）的35基因诊断模型，还揭示了与疾病严重程度相关的分子亚型，为AD病理机制研究和液体活检标志物开发提供了新视角。

　　

背景

阿尔茨海默病（AD）作为最常见的痴呆类型，其分子机制研究受限于脑组织获取难度。脑脊液（CSF）因富含脑源性分子成分，成为研究脑部分子失调的重要替代来源。本研究通过cf-mRNA测序技术，对AD患者CSF转录组进行系统性解析，旨在揭示疾病相关的基因及通路改变。

方法

研究对52例人类CSF样本（含40例AD和12例非认知障碍NCI对照）进行cf-mRNA测序，并与匹配血浆样本转录组对比。采用QIAamp试剂盒提取RNA，Illumina NextSeq500平台进行测序，使用STAR软件比对GRCh38基因组，RSEM计算基因表达量。统计分析基于Python 3.9，差异表达采用Wilcoxon秩和检验，通路分析通过IPA、GO及KEGG等工具完成。

结果

CSF cf-mRNA呈现脑源性转录本优势

PCA分析和层次聚类显示CSF与血浆cf-mRNA谱存在显著差异。CSF中脑关联基因占比显著高于血浆（如杏仁核转录本占10.3%），而血浆以脾脏来源转录本为主（23.8%）。GTEx数据库分析证实CSF中脑特异性基因富集，验证其作为CNS分子窗口的可靠性。

AD相关差异表达基因与通路富集

共鉴定1943个DEGs（955上调，988下调）。关键上调基因CDH7和TMEM63C均为脑富集基因，IPA分析显示CREB神经元信号通路为最显著上调通路，而信号识别颗粒（SRP）依赖的共翻译蛋白靶向通路为最显著下调通路。GO分析揭示突触信号通路在上调基因中显著富集，下调基因主要涉及mRNA胞质翻译。DisGeNET分析表明AD上调基因与其他神经退行性疾病存在关联。

分子亚型与疾病异质性

非负矩阵分解（NMF）识别出4个基因簇和3个AD患者亚群。簇1（仅含AD患者）中FRZB、NFATC2等基因具有较高靶点风险评分（TRS>3），IPA提示该簇与"CREB信号"和"神经活性配体-受体相互作用"通路相关。簇2和簇4同样富集神经系统发育通路，而簇3主要关联细胞周期调控。PPI网络分析显示簇1以核糖体功能和线粒体代谢为主，簇2以DNA修复通路为特征，反映AD分子异质性。

疾病严重程度相关转录特征

对比中度与轻度AD（依据MMSE评分分层），发现906个DEGs。FBXO9和SEZ6L2（参与蛋白稳态）在中度AD中显著上调，CNR1（保护海马神经元）和GPD2（神经疾病相关）则下调。MMSE评分相关性分析显示FBXO9、LTBP1与评分负相关，而HCRTR1和BARHL1正相关。此外，反应性星形细胞标志物VIM在AD组表达上调，GFAP在中度AD中呈现升高趋势。

诊断模型构建

通过弹性网络正则化逻辑回归构建诊断模型，35基因面板可实现AD与NCI的区分（AUC=0.87±0.07）。另开发228基因面板用于区分中度与轻度AD（AUC=0.72），展现cf-mRNA在疾病分期中的潜力。

CSF-血浆转录本相关性

在13对匹配样本中，300个DEGs在CSF与血浆中重叠。RGS12（AD关联基因）和CIR1（NOTCH信号调控因子）在CSF与血浆间呈正相关，MEGF8（突触发育相关）和ZC4H2（脑发育调控因子）则负相关。组织来源分析显示脑特异性基因在重叠基因集中占比第三，部分基因（如SEZ6L2）表达与AD严重程度正相关。

讨论

本研究首次通过NGS技术全面解析AD的CSF cf-mRNA谱，揭示CSF较血浆更具脑特异性分子特征。所发现DEGs与AD病理过程高度一致，且诊断模型显示良好判别力。局限性包括样本量较小（尤其NCI组）、缺乏独立验证队列及晚期患者偏倚。未来需扩大样本量并涵盖疾病全程样本以验证结论。cf-mRNA谱分析有望成为AD分子机制研究和液体活检开发的重要工具。