脑脊液肽组学揭示IGF2衍生肽作为神经梅毒诊断的候选生物标志物

《Frontiers in Microbiology》：CSF peptidomics reveals an IGF2-derived peptide as a candidate biomarker for neurosyphilis diagnosis

　　

**摘要**

**背景：** 神经梅毒（NS）的诊断具有挑战性，因为脑脊液-梅毒螺旋体血凝试验（CSF-VDRL）的敏感性有限，而脑脊液异常又缺乏足够的特异性。

**方法：** 为了鉴定新的用于NS诊断的脑脊液肽生物标志物，研究人员对来自四组共51例个体的脑脊液样本进行了比较肽组学分析，四组分别为：NS组、梅毒/非NS组（NNS）、无梅毒的中枢感染性疾病组（IBD）以及无梅毒的中枢非感染性疾病组（NIBD）。通过高分辨率液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）对肽段进行谱图分析。结合生物信息学分析和机器学习方法鉴定候选生物标志物，并在一个独立队列（n = 23）中通过平行反应监测（PRM）进行验证。

**结果：** 共鉴定出4,738条肽段。胰岛素样生长因子2（IGF₂）衍生肽GHVLAKELE显示出强大的区分能力：受试者工作特征曲线下面积（AUC）在NS vs. NNS为0.914，NS vs. IBD为0.964，NS vs. NIBD为0.878。

**结论：** 这项首次对神经梅毒进行的系统性脑脊液肽组学特征研究，确定GHVLAKELE是一个有前景的诊断生物标志物。

**论文解读：脑脊液肽组学在神经梅毒诊断中的创新应用——基于IGF₂衍生肽GHVLAKELE的发现**

**一、研究背景、问题及意义**

神经梅毒（NS）是由梅毒螺旋体（*Treponema pallidum*）早期侵犯中枢神经系统（CNS）所致的一种疾病，其临床表现高度异质性，可从无症状感染到严重的神经功能损害。目前，NS的准确诊断仍是临床上面临的重大挑战。现有诊断策略主要依赖脑脊液（CSF）分析，包括细胞计数增多、蛋白水平升高以及脑脊液-梅毒螺旋体血凝试验（CSF-VDRL）阳性。然而，CSF-VDRL虽然特异性高，但其敏感性有限，导致相当比例的假阴性病例；而其他CSF异常指标缺乏特异性，在各种感染性和非感染性神经系统疾病中均可观察到类似变化。这种诊断不确定性可能导致治疗延误或实施不必要的干预。

肽组学作为一项分析内源性肽段的有力技术，已在多种疾病中展现出发现生物标志物的潜力。与传统蛋白质组学相比，肽组学聚焦于低分子量肽段，这些肽段可能反映蛋白酶解活性和动态病理过程。鉴于NS同时涉及感染和神经炎症，肽组学可能为其分子特征提供独特见解。然而，NS是否与独特的CSF肽谱相关此前尚不清楚。

本研究针对上述问题，首次对NS患者CSF进行系统性肽组学表征，旨在鉴定新的NS诊断生物标志物，并探究NS与神经退行性过程之间潜在的分子关联。

**二、主要技术方法**

本研究为一项多队列比较研究，样本来自深圳市第三人民医院。研究人员采用高分辨率液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS），以数据非依赖采集（DIA）模式对51例受试者（NS组14例，NNS组12例，IBD组12例，NIBD组13例）的CSF样本进行肽组学分析。使用Spectronaut软件处理原始数据，针对人类参考蛋白质组数据库进行无酶切特异性搜索。通过随机森林（RF）机器学习模型区分NS与NNS，并用平行反应监测（PRM）在独立验证队列（NS组7例，NNS组5例，IBD组4例，NIBD组7例）中验证候选肽段。功能富集分析采用DAVID、Eggnog-mapper和Diamond等工具完成。

**三、研究结果**

**（一）脑脊液肽组学特征**

研究人员对51份CSF样本进行分析，共鉴定出4,738条肽段。不同临床组间肽段数量存在差异，且各组呈现独特的肽段组成模式，表明CSF含有复杂且动态的肽库，可能反映潜在的疾病过程。

**（二）NS患者的脑脊液肽组学特征**

通过主坐标分析（PCoA）和层次聚类分析（HCA），NS组与NNS组的整体肽组丰度呈强正相关但存在部分重叠。利用limma包进行差异表达分析，鉴定出255条两组间差异表达肽段，其中96条在NS中上调，159条下调。对前体蛋白进行功能富集分析显示，上调肽段与轴突再生、细胞内信号通路（包括丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）激活）和脂质代谢相关，可能反映CNS损伤后的适应性或代偿性反应；下调肽段则富集于神经退行性过程相关通路，包括淀粉样β蛋白形成和tau蛋白相关病理，提示神经梅毒可能具有与神经退行性疾病相似的分子特征。KEGG通路分析进一步显示神经内分泌信号和突触功能的改变。

**（三）区分NS与NNS患者的潜在生物标志物**

研究人员基于14例NS和12例NNS样本的差异肽数据构建随机森林（RF）机器学习模型。该模型在训练组和测试组中AUC分别达到0.964和0.933，测试集准确率为72.7%，表明基于肽段的机器学习方法能有效区分NS与NNS。

**（四）区分NS与其他脑部疾病的潜在生物标志物**

为进一步评估255条差异肽段能否区分NS与其他脑部疾病，研究人员纳入12例IBD和13例NIBD患者样本进行比较。PCoA显示三组间总体分离，但存在部分重叠。在255条差异肽段中，54条可区分NS与IBD，50条可区分NS与NIBD。重要的是，有22条肽段能同时区分NS与NNS、IBD及NIBD，构成NS特异性肽段组合。

**（五）通过PRM-MS验证生物标志物**

研究人员选取27条候选肽段，在23例独立验证队列样本中采用PRM-MS进行验证。其中GHVLAKELE被确定为潜在生物标志物，其前体蛋白为IGF₂（UniProtKB P01344），对应于180个氨基酸前体的139-147位残基。NS患者CSF中GHVLAKELE水平显著高于NNS、IBD和NIBD组，且与CSF蛋白浓度和白细胞计数无一致相关性。ROC曲线分析显示，GHVLAKELE区分NS与NNS的AUC为0.914（95% CI：0.728–1.000，P < 0.05），区分NS与IBD的AUC为0.964（95% CI：0.865–1.000，P < 0.05），区分NS与NIBD的AUC为0.878（95% CI：0.667–1.000，P < 0.05）。所有比较的AUC均超过0.85，表明该标志物具有较强的区分能力。

**四、讨论与结论**

本研究发现上调肽段涉及的MAPK通路激活和轴突再生可能反映宿主对CNS损伤的修复反应，而下调肽段与淀粉样β形成和tau蛋白激酶活性等AD相关病理的关联，提示梅毒螺旋体感染可能触发或加速类似AD的神经退行性级联反应，为晚期NS中观察到的神经退行性症状提供了潜在分子联系。从诊断角度看，22条肽段能同时区分NS与其他三组，其中GHVLAKELE作为IGF₂衍生肽，在独立队列中验证出高诊断准确性且与常规CSF指标无相关性，表明其具有独特的诊断价值。

GHVLAKELE升高的机制尚不完全清楚。由于该肽段位于IGF₂前体的C端前肽/E结构域区域，其升高可能反映前体加工、肽段生成或清除过程的改变，但本研究未定量完整IGF₂蛋白或直接评估蛋白酶活性，也未评估血脑屏障通透性的潜在影响，需进一步机制研究来确定其来源。

本研究存在以下局限性：验证队列样本量较小且来自单中心；未纳入梅毒螺旋体蛋白质序列数据库，无法鉴定病原体来源的肽段；质谱检测方法在常规临床实验室尚未普及；GHVLAKELE在CSF中的生物学清除速率和半衰期尚不清楚。以上局限性为后续多中心验证、病原体来源肽段探索、免疫检测方法开发和治疗反应监测等提供了明确的研究方向。

总之，本研究建立了CSF肽组学作为研究神经梅毒的有力工具。鉴定出的IGF₂衍生肽GHVLAKELE作为特异性诊断标志物，在区分NS与其他神经疾病方面展现出高准确性（所有比较AUC > 0.85），这一发现不同于以往在阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病中关于IGF₂的广泛研究——那些研究中从未报道过如此特异性的肽片段。该标志物有望提高NS诊断的准确性和及时性，为早期干预和避免不必要治疗提供支持，同时为理解这一复燃感染性疾病的发病机制开辟新途径。未来需在多中心大样本中进一步验证这些发现，并探索这些肽段在NS病理生理中的功能作用。此外，与淀粉样β形成、tau病理和突触功能障碍相关肽段的富集，提示梅毒螺旋体感染与神经退行性级联之间存在潜在分子关联，为晚期NS的发病机制提供了新见解。