大规模血浆蛋白质组学识别连接空气污染与癫痫的蛋白质特征

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Large-scale plasma proteomics identifies protein signatures linking air pollution to epilepsy

　　

背景：空气污染与癫痫风险的关联日益受到关注，但其潜在生物学机制仍不清楚。
方法：研究人员在包含51,428名参与者和2254种血浆蛋白的人群队列中开展了一项大规模全蛋白质组分析。使用土地利用回归模型估算颗粒物（PM_2.5、PM_2.5–10）和气态污染物（NO₂和NO）的浓度。进行主成分分析以推导空气污染指数（API）。应用逻辑回归和Cox比例风险模型分别检验血浆蛋白与空气污染暴露在癫痫患病率和发病率方面的交互作用。进行功能富集、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络、神经影像学关联以及组织和细胞类型转录组富集分析，以探索表现出交互效应的蛋白质的生物学相关性。
结果：研究人员识别出与多种空气污染暴露在癫痫风险方面表现出一致交互作用的蛋白质特征，包括CIT-PM_2.5、PTPRR-NO₂和BCL2L15-API。功能富集分析表明，这些蛋白质富集于与免疫调节、炎症和细胞死亡相关过程相关的通路，这与PPI网络分析显示一个以免疫相关蛋白为中心的高度互联模块相一致。神经影像学分析提示，这些蛋白质-空气污染交互作用与脑结构测量指标相关，包括海马体积和白质高信号。此外，组织和单细胞核RNA测序分析显示，相应基因在免疫相关组织和特定脑细胞类型（尤其是神经元和内皮细胞）中富集。
结论：本研究识别出可能改变空气污染暴露与癫痫风险之间关联的蛋白质特征，为潜在生物学联系提供了新见解，并突出了未来机制研究和转化研究的候选分子特征。

论文解读：大规模血浆蛋白质组学揭示连接空气污染与癫痫的蛋白质特征

近年来，空气污染与癫痫风险之间的关联逐渐受到关注，但两者之间的潜在生物学机制仍不明确。现有研究多聚焦于流行病学关联，而缺乏对个体生物学差异如何修饰这种关联的深入探索。为填补这一空白，研究人员利用英国生物银行（UK Biobank）这一大型前瞻性队列，整合了51,428名参与者的血浆蛋白质组数据与空气污染暴露评估，系统分析了血浆蛋白与空气污染物在癫痫风险中的交互作用。该研究发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，旨在识别可能修饰空气污染-癫痫关联的蛋白质特征，为未来机制研究和公共健康干预提供分子候选。

研究人员采用的关键技术方法包括：血浆蛋白质组学检测基于Olink Explore平台，通过邻近延伸分析（PEA）技术定量2941种蛋白质，经质控后保留2254种蛋白用于分析。空气污染暴露评估使用土地利用回归（LUR）模型，估算PM_2.5、PM_2.5–10、NO₂和NO的年平均浓度，并采用主成分分析（PCA）构建空气污染指数（API）。统计上，通过逻辑回归和Cox比例风险模型分别评估蛋白质-污染交互作用与癫痫患病率和发病率的关系，并采用多步筛选标准（名义P<0.01、效应方向一致、交互OR/HR>1.2或<0.8）识别候选交互蛋白。随后进行功能富集（Gene Ontology）、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络、神经影像学关联（线性回归）、组织特异性（GTEx v8）和脑细胞类型特异性（单细胞核RNA测序）富集分析，以探索生物学意义。

研究结果如下：

3.1 人口学特征：通过比较基线与癫痫患者特征发现，癫痫组暴露于更高水平PM_2.5（38.7% vs. 33.2%）、NO（38.2% vs. 33.2%）、NO₂（36.3% vs. 33.3%）和API（36.4% vs. 33.3%）的比例显著高于非癫痫组。
3.2 蛋白质-空气污染交互与癫痫患病率：逻辑回归分析显示多种蛋白质与空气污染物存在交互作用，如CIT与PM_2.5、ADA与PM_2.5、LGALS3与PM_2.5–10、GSTP1与NO、PTPRR与NO₂、SERPINA3与API等，部分交互效应方向为正（增强风险）或负（减弱风险）。
3.3 蛋白质-空气污染交互与癫痫发病率：在13.77年（中位）随访中，Cox模型识别出与癫痫发病率相关的交互蛋白，包括RASSF2与PM_2.5、IDO1与PM_2.5–10、MMP1与NO、PTPRR与NO₂、SPINK2与API等，效应方向与患病率分析一致。
3.4 敏感性分析：排除居住不足5年的参与者后，大部分交互效应方向与效应大小保持一致，支持结果稳健性。最终共识别出16、16、4、5和9个蛋白分别与PM_2.5、PM_2.5–10、NO、NO₂和API交互，BCL2L15、CIT、ZBP1在PM_2.5和API间重叠，LGALS3在PM_2.5–10与NO和API间共享。
3.5 空气污染交互蛋白（AP-interacting proteins）的生物学功能：Gene Ontology富集分析显示，PM_2.5交互蛋白富集于细胞凋亡、铁离子稳态和白细胞介素-1信号调节；PM_2.5–10蛋白富集于抗原受体信号、T细胞受体信号和树突棘组织；NO交互蛋白富集于凋亡和脂质代谢；NO₂蛋白富集于内分泌和突触粘附；API交互蛋白富集于T细胞凋亡、细胞因子信号和坏死性细胞死亡。PPI网络分析进一步揭示一个以免疫相关蛋白为中心的高度互联模块，富集于坏死性凋亡、IL-17信号和细胞因子-受体相互作用。
3.6 蛋白质-空气污染交互与神经影像学测量：线性回归分析发现，BCL2L15与PM_2.5和API在左侧海马体积上存在负交互（β=-0.031，P=0.016；β=-0.027，P=0.035），CLC与API在右侧海马体积上存在负交互（β=-0.026，P=0.023），A1BG与API在白质高信号（WMH）体积上存在正交互（β=0.081，P=0.027），但均未通过FDR校正。
3.7 组织和细胞类型富集分析：基于GTEx v8数据，AP-interacting protein编码基因在血液、肺和脾脏中显著富集（FDR<0.05）。人海马单细胞核RNA测序分析显示，这些基因在神经元（如PTPRN2、PTPRR、CIT、CNTN3）、内皮细胞（如SPARCL1、LGALS3）和少突胶质细胞（如SELENOP）中特异性表达。

讨论部分总结了这些发现：AP-interacting蛋白可能反映个体对空气污染相关癫痫的易感性，如APEX1参与DNA修复和氧化应激，与药物抵抗性癫痫相关；SELENOP通过抗氧化和血脑屏障保护发挥神经保护作用，其缺失可导致癫痫。不同污染物的蛋白谱重叠有限，可能与颗粒物大小导致的暴露界面差异有关。功能富集结果支持免疫、炎症、凋亡和氧化应激在癫痫发生中的作用。此外，CIT与神经祖细胞分裂和树突棘组织关联，PTPRN2与抑制性突触囊泡分泌相关，提示突触结构重塑可能为潜在机制。神经影像学结果提示BCL2L15可能通过调控凋亡影响海马体积，A1BG可能与血管和炎症过程相关。组织和细胞类型富集进一步支持免疫和神经血管单元在空气污染相关脑损伤中的作用。

研究结论翻译：总之，本研究系统调查了血浆蛋白与空气污染暴露在癫痫风险方面的交互作用。研究人员识别出几个与空气污染相关癫痫风险易感性相关的候选分子特征。这些发现为空气