《Acta Neuropathologica》：Retinal proteome changes mirror brain pathology and reveal synaptic and cytoskeletal dysfunction in Alzheimer’s disease
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视觉功能障碍日益被认为是阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）的一个重要特征，多项研究已记录了显著的视网膜变化。然而，视网膜神经退行性变背后的分子变化以及哪些视网膜蛋白质特征最能追踪脑病理仍不完全明确。在此，研究人员对来自同一死后供体（
视觉功能障碍日益被认为是阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）的一个重要特征，多项研究已记录了显著的视网膜变化。然而，视网膜神经退行性变背后的分子变化以及哪些视网膜蛋白质特征最能追踪脑病理仍不完全明确。在此，研究人员对来自同一死后供体（8例AD，8例非痴呆对照）的配对视网膜和海马组织进行了基于质谱的全面蛋白质组学（mass spectrometry-based proteomics）分析，以识别疾病相关的分子特征并评估这些组织之间的重叠。通过使用顺序双提取方案，研究人员在AD视网膜中鉴定出372种差异丰度蛋白，包括已建立的APP加工调节因子（SORL1、BACE1）和突触蛋白。主成分分析（principal component analysis, PCA）中视网膜蛋白质组清晰地将AD与对照组区分开，表明视网膜中存在与AD相关的稳健分子差异。值得注意的是，87%的蛋白在视网膜和海马中均被检测到，其中64种差异丰度蛋白在两种组织间共享，有些显示出强烈的跨组织相关性。几种视网膜蛋白还与神经病理学疾病分期相关。功能富集分析显示，在两种组织中，突触组织、细胞骨架动力学、线粒体功能、细胞粘附和APP代谢均存在趋同改变。利用单细胞视网膜参考数据进行细胞类型映射表明，大多数蛋白质组变化广泛分布于细胞类型之间，但某些蛋白在特定群体中富集，例如小胶质细胞中的SORL1和光感受器中的EYS。本研究鉴定的分子变化为先前通过体内成像和组织学研究记录的视网膜改变提供了潜在基础。这些变化与脑病理的相似性进一步支持视网膜作为评估脑疾病的一个有前景的窗口。视觉功能障碍日益被认为是阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）的一个重要特征，多项研究已记录了显著的视网膜变化。然而，视网膜神经退行性变背后的分子变化以及哪些视网膜蛋白质特征最能追踪脑病理仍不完全明确。在此，研究人员对来自同一死后供体（8例AD，8例非痴呆对照）的配对视网膜和海马组织进行了基于质谱的全面蛋白质组学分析，以识别疾病相关的分子特征并评估这些组织之间的重叠。通过使用顺序双提取方案，研究人员在AD视网膜中鉴定出372种差异丰度蛋白，包括已建立的APP加工调节因子（SORL1、BACE1）和突触蛋白。主成分分析中视网膜蛋白质组清晰地将AD与对照组区分开，表明视网膜中存在与AD相关的稳健分子差异。值得注意的是，87%的蛋白在视网膜和海马中均被检测到，其中64种差异丰度蛋白在两种组织间共享，有些显示出强烈的跨组织相关性。几种视网膜蛋白还与神经病理学疾病分期相关。功能富集分析显示，在两种组织中，突触组织、细胞骨架动力学、线粒体功能、细胞粘附和APP代谢均存在趋同改变。利用单细胞视网膜参考数据进行细胞类型映射表明，大多数蛋白质组变化广泛分布于细胞类型之间，但某些蛋白在特定群体中富集，例如小胶质细胞中的SORL1和光感受器中的EYS。本研究鉴定的分子变化为先前通过体内成像和组织学研究记录的视网膜改变提供了潜在基础。这些变化与脑病理的相似性进一步支持视网膜作为评估脑疾病的一个有前景的窗口。
**论文解读文章**
**研究背景与问题**
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是全球痴呆症的首要原因，其特征是β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）和过度磷酸化tau蛋白的积累，以及炎症、血脑屏障功能障碍和突触丢失等多种病理过程。视觉功能障碍日益被认为是AD的重要特征，多项研究在AD患者视网膜中发现了结构异常，包括视网膜神经节细胞变性、神经纤维层变薄和血管病变。然而，这些结构变化背后的分子机制尚不明确，且缺乏直接比较同一供体视网膜与脑组织蛋白质组的研究。因此，本研究旨在通过配对设计，鉴定AD视网膜的分子特征，并评估其与脑病理的相似性，以探索视网膜作为评估脑疾病窗口的潜力。
**研究内容与结论**
研究人员对8例AD患者和8例非痴呆对照（non-demented controls, NC）的死后视网膜及海马组织（来自荷兰脑库，The Netherlands Brain Bank, NBB）进行了基于质谱的蛋白质组学分析。采用顺序双提取方案（Lysis缓冲液和RIPA缓冲液）捕获不同溶解性的蛋白质。共鉴定出视网膜中372种差异丰度蛋白（differentially abundant proteins, DAPs），包括APP加工调节因子（SORL1、BACE1）和突触蛋白（如NRXN1）。主成分分析（PCA）显示视网膜蛋白质组能清晰区分AD和NC。87%的蛋白在视网膜和海马中共同检测到，64种DAPs在两种组织间共享，其中6种蛋白（APMAP、ERLIN2、COX19、CD109、NRXN1、PACSIN3）表现出显著的跨组织相关性。功能富集分析揭示两种组织中共同存在突触组织、细胞骨架动力学、线粒体功能、细胞粘附和APP代谢通路的改变。单细胞参考数据映射表明，蛋白质组变化广泛分布于细胞类型，但某些蛋白（如SORL1富集于小胶质细胞，EYS富集于光感受器）具有细胞类型特异性。该研究发表在《Acta Neuropathologica》。
**技术方法**
主要技术方法包括：基于液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）的蛋白质组学分析，采用顺序双提取方案（Lysis缓冲液提取可溶性蛋白，RIPA缓冲液提取膜结合和复合物结合蛋白）；样本来源于荷兰脑库（NBB），包括8例AD和8例NC的死后视网膜（取自鼻上区域）和海马CA1区（角回1区）组织；数据采用线性混合效应模型进行差异丰度分析，并校正性别和年龄；功能富集分析使用g:Profiler，参考Gene Ontology (GO) 和Reactome通路；细胞类型映射基于Human Cell Atlas Retina v1.0单细胞转录组参考数据；免疫荧光验证部分蛋白（如SORL1）的表达。
**研究结果**
1. **Retinal AD proteome shows synaptic, cytoskeletal, and mitochondrial changes**
通过PCA，视网膜蛋白质组（Lysis和RIPA组分）均能清晰分离AD和NC样本。线性混合模型鉴定出239种缓冲液无关的DAPs（FDR<0.05），包括SORL1、BACE1及neurexin家族蛋白。部分DAPs与神经病理学分期（Aβ斑块和神经原纤维缠结NFT）显著相关。功能富集显示突触组织、细胞骨架、线粒体及细胞粘附通路改变。单细胞映射发现DAPs广泛分布于神经节细胞、无长突细胞和视锥细胞，其中SORL1和APMAP富集于小胶质细胞，EYS富集于光感受器。免疫荧光验证了SORL1在AD视网膜中上调。
2. **Sequential extraction reveals buffer-dependent AD-associated changes in APP processing**
比较Lysis和RIPA缓冲液，发现64.2%的DAPs呈现缓冲液依赖效应。RIPA缓冲液特异性捕获了与APP加工相关的蛋白（如NCSTN、BAX、NEFH等），且RIPA组分富集了APP生物合成、跨膜转运等过程；Lysis缓冲液则富集细胞外囊泡和可溶性蛋白。
3. **Retina and hippocampus show strong proteomic similarity, and 64 share DAPs in AD**
海马中鉴定出4204种蛋白，其中87%与视网膜重叠。PCA显示海马Lysis组分能分离AD和NC。鉴定出484种海马DAPs，包括突触蛋白下调（SYP、YWHAG等）和应激相关蛋白上调（AQP4、GJA1等）。64种DAPs在视网膜和海马中共同差异表达。
4. **Retina and brain show overlapping pathway changes and correlated AD-associated proteins**
29种共享DAPs变化方向一致。其中6种蛋白（APMAP、ERLIN2、COX19、CD109、NRXN1、PACSIN3）在视网膜和海马间表现出显著跨组织相关性。部分视网膜蛋白与视网膜磷酸化tau（p-tau）位点相关。通路富集分析显示两种组织共同涉及突触、细胞骨架、APP加工及细胞粘附等通路。
**讨论与结论**
研究人员讨论指出，视网膜蛋白质组变化反映了多通路病理过程，包括突触和囊泡过程、细胞骨架和细胞内运输、APP加工、线粒体功能及细胞-细胞连接。与脑病理的相似性支持视网膜作为AD分子窗口的潜力。但研究存在局限性：样本量小，仅反映终末期病理，且未涵盖早期动态变化；细胞类型归属基于转录组参考数据；需在更大、性别平衡的队列中验证。结论部分翻译如下：
通过提供AD视网膜的系统级蛋白质组学特征，本研究加深了对体内成像和组织学研究中报道的结构变化分子基础的理解。利用配对视网膜-脑设计（一种在视网膜AD研究中很少探索的方法），研究人员表明AD视网膜发生的分子变化与脑病理平行。这些变化包括突触功能、细胞骨架组织和APP加工中的通路级改变，这些在视网膜中此前均未被描述。视网膜蛋白质组变化还与神经病理学负担指标相关，提示视网膜分子改变与疾病严重程度之间存在关联。顺序提取方法提供了对蛋白溶解状态的额外见解，并暗示APP/Aβ相关变化可能依赖于溶解性或区室，且一些证据指向AD中视网膜特异性特征，例如光感受器蛋白的改变。尽管需要在更大队列中进行验证，这些发现为理解视网膜AD病理建立了分子基础，并支持视网膜作为监测阿尔茨海默病神经退行性变的可及窗口。
