自然衰老猫科动物尿液和血清蛋白质组与脂质组分析

《Journal of Proteome Research》：Urine and Serum Proteome and Lipidome Analysis of Naturally Aging Feline Species

　　

对伴侣动物（如猫）的衰老与人类在环境暴露和疾病表现上的衰老密切相关，为识别与年龄相关的衰退生物标志物提供了有价值的模型。本研究对3.8至16岁自然衰老的家猫（分为成年、老年和高龄组）的血清和尿液进行了联合蛋白质组学和脂质组学分析，以识别跨生物体液的年龄相关分子变化。无标记定量蛋白质组学（label-free quantitative proteomics）鉴定出901种尿液蛋白和238种血清蛋白，其中75种尿液蛋白随年龄显著变化，与肾脏疾病、高血压、神经退行性疾病和代谢紊乱相关。相比之下，仅6种血清蛋白在成年组与老年/高龄组之间显著差异，包括高龄组中载脂蛋白A-I（Apolipoprotein A-I, APOA1）的降低，该蛋白与衰老中的认知功能相关。未靶向脂质组学（untargeted lipidomics）揭示了血清中特定三酰甘油（triacylglycerols）、磷脂酰胆碱（phosphatidylcholines, PCs）和鞘磷脂（sphingomyelins）的增加，而尿液脂质谱显示有限的年龄相关变化，其中一些PCs减少，二酰甘油（diacylglycerols）随年龄增加。这些结果展示了猫衰老过程中全身性和肾脏分子重塑的差异性，并强调了生物体液集成组学分析在识别与猫和人类衰老相关的分子改变中的实用性。

**论文解读：自然衰老猫科动物尿液与血清蛋白质组和脂质组分析**

**研究背景**
衰老伴随着生理和认知功能的逐渐衰退，并增加神经退行性疾病、肾脏疾病和代谢紊乱等慢性疾病的风险。目前衰老研究的主要局限在于过度依赖实验室啮齿动物模型，这些模型缺乏遗传多样性、环境暴露以及人类衰老特有的自发性共病，因此难以全面反映人类衰老的复杂性。蛋白质和脂质的丰度、稳定性和功能随年龄发生广泛变化，但以往研究多基于组织样本，涉及侵入性取样，不适合纵向或转化研究。伴侣动物如猫，与人类共享生活环境和疾病表现，且自然出现tau蛋白过度磷酸化和淀粉样蛋白积累等神经病理特征，是研究衰老相关认知变化的潜在模型，但对其生物体液（如血清和尿液）中的分子改变知之甚少。本研究旨在通过多组学分析填补这一空白。

**研究内容与结论**
研究人员对3.8至16岁的宠物猫（分为成年组≤6岁、老年组10–12岁、高龄组≥14岁）的血清和尿液进行了联合蛋白质组学和脂质组学分析。尿液样本来自成年和老年组（每组6只），血清样本来自三个年龄组（每组4只）。通过无标记定量蛋白质组学（label-free quantitative proteomics）鉴定出901种尿液蛋白和238种血清蛋白，其中75种尿液蛋白随年龄显著变化，与肾脏疾病、高血压、神经退行性疾病和代谢紊乱相关；血清中仅6种蛋白显著差异，包括高龄组载脂蛋白A-I（APOA1）降低。未靶向脂质组学（untargeted lipidomics）显示血清中三酰甘油（TAGs）、磷脂酰胆碱（PCs）和鞘磷脂（SMs）随年龄增加，而尿液脂质变化较小，仅8种脂质显著改变，如二酰甘油DG 34:9增加，部分PCs减少。结果表明，猫衰老过程中存在全身性脂质重塑和肾脏特异性蛋白质改变，突出了生物体液整合组学分析在识别衰老相关分子改变中的价值。论文发表在《Journal of Proteome Research》。

**关键方法**
本研究主要采用无标记定量蛋白质组学（label-free quantitative proteomics）和未靶向脂质组学（untargeted lipidomics）技术，结合液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）进行分析。蛋白质组学数据通过DIA-NN软件基于猫（Felis catus）参考蛋白质组（UniProt ID: UP000011712）进行无库搜索，脂质组学数据通过MS-DIAL进行谱图匹配和注释。样本队列来自普渡大学兽医院（Purdue University Veterinary Hospital）的常规兽医检查，所有猫均为宠物猫，年龄3.8–16岁。

**研究结果**

**1. Overview of Urine Proteomic Analysis**
通过无标记定量蛋白质组学，研究人员在尿液中共鉴定出901种定量蛋白，主成分分析（PCA）显示成年组与老年组明显分离。统计检验发现75种蛋白随年龄显著变化（p < 0.05），其中烟酰胺核苷酸转氢酶（NNT）、超氧化物歧化酶1（SOD1）等上调，而B3GNT2、PCOLCE2等下调，提示氧化应激和细胞信号通路改变。

**2. Age-Related Changes in Urinary Proteins Are Associated with Chronic Health Conditions**
在75种显著变化的尿液蛋白中，31种上调、44种下调。基因集富集分析显示，上调蛋白与眼部疾病、牙周炎、肥胖、2型糖尿病、阿尔茨海默病和帕金森病等慢性疾病相关，下调蛋白与多种癌症相关。与人类尿液蛋白质组研究比较，仅有EGF为共同蛋白，但多个生物学通路（如血小板脱颗粒、IGF转运调节）在两者中均富集，提示跨物种衰老过程的保守性。

**3. Serum Proteome Analysis**
血清中鉴定出238种定量蛋白，PCA显示显著差异蛋白可区分年龄组，但仅6种蛋白在成年与高龄组间显著变化：APOA1、A0A2I2U1K0和M3XE23下调，LAP3、LOC101094346和CAMP上调。APOA1降低与认知功能相关，LAP3升高可能反映代谢衰退。尿液和血清蛋白组重叠142种蛋白，但年龄相关变化模式不同，提示多体液监测的必要性。

**4. Differential Urine and Serum Lipidome Analyses**
血清脂质组学鉴定出231种匹配参考数据库的脂质，主要类别为三酰甘油（TAGs）和磷脂酰胆碱（PCs）。12种脂质在三个年龄组间显著差异，其中鞘磷脂（如SM 34:0; O2、SM 34:2; O2、SM 41:1; O2）随年龄逐渐积累，与人类中观察到的肾脏功能下降相关。尿液脂质组鉴定出127种匹配脂质，仅8种显著变化：二酰甘油DG 34:9增加，PC 36:0、PC 36:1、PC 38:0和TAG 44:4减少，提示肾性甘油酯代谢紊乱。

**讨论与结论**
讨论部分指出，衰老伴随线粒体功能障碍和氧化应激标志物（如NNT、SOD1）升高，以及细胞间通讯和信号通路标志物（如B3GNT2、LYPD6）降低，这些可能是追踪衰老相关病理的潜在生物标志物。血清脂质组中鞘磷脂的积累与人类衰老研究一致，提示鞘脂代谢可能是哺乳动物衰老的保守特征。尿液蛋白如VNN1和IGKV4-1可能反映肾脏衰老和功能障碍。研究结论翻译如下：本探索性研究表明，家猫可作为衰老研究的模型，衰老与血清脂质组重塑（特别是甘油酯和鞘脂）相关，而尿液脂质组变化较温和。将脂质组学与蛋白质组学整合，为衰老相关分子改变提供了互补见解，并识别出值得进一步研究作为潜在生物标志物或代谢与肾功能衰退贡献因子的蛋白质和通路。