衰老恒河猴血浆与脑脊液蛋白质组学揭示衰老与神经病理学的区室化特征

《GeroScience》：Plasma and cerebrospinal fluid proteomics reveal distinct patterns of senescence and neuropathology in aging rhesus macaques

　　

衰老是神经退行性疾病的首要风险因素，然而在转化模型中，区分生理性脑衰老与病理性衰退的蛋白质特征仍未完全明确。研究人员采用靶向NULISAseq蛋白质组学平台，对66只涵盖成年、前老年期和老年期的恒河猴（Macaca mulatta）的脑脊液（CSF）和血浆进行了蛋白质谱分析，并以人类参考样本作为基准进行比较。与年龄相关的差异在血浆中更为广泛且以正向变化为主，而CSF中随年龄变化的蛋白质相对较少。经典的神经衰老标志物，包括神经丝蛋白、胶质纤维酸性蛋白（GFAP）和髓样细胞触发受体2（TREM2），其年龄相关模式与人类衰老中报道的结果相似。突触和屏障蛋白在不同区室中表现各异：老年动物CSF中神经元正五聚蛋白和多效生长因子水平较低，而前老年期动物脉络丛蛋白叶酸受体1（FOLR1）和胰岛素样生长因子结合蛋白7（IGFBP7）水平较低。免疫组织化学证实老年期大脑存在广泛的实质淀粉样蛋白沉积，同时伴有稀疏的tau病理，而血浆中淀粉样蛋白-β（Aβ）和磷酸化tau（pTau）亚型与年龄及皮层淀粉样蛋白负荷的相关性比CSF中相应指标更为密切。全身性炎症和代谢应激蛋白，包括白细胞介素6（IL6）和生长分化因子15（GDF15），在老年动物中水平升高，与人类炎症性衰老特征相似。最后，研究人员描述了基于CSF蛋白质组学特征的老年动物亚群分类，该分类无法用实际年龄解释。综上，这些结果描绘了非人灵长类（NHP）生命周期中衰老和早期神经病理学的区室特异性特征，并支持NHP模型在转化生物标志物研究中的应用。

论文解读文章

研究背景与科学问题

衰老是神经退行性疾病最重要的风险因素，但区分生理性脑衰老与病理性衰退的分子机制在转化模型中仍未完全阐明。脑脊液（CSF）和血浆蛋白质组学已成为人类衰老及阿尔茨海默病和相关痴呆（ADRD）研究的核心工具，然而在非人灵长类（NHP）中，可比较的数据集仍然十分匮乏。这一空白限制了研究人员对灵长类衰老研究的解读，也阻碍了人类生物标志物与实验动物之间的转化对齐，从而制约了利用NHP临床前模型降低临床试验风险的进程。恒河猴（Macaca mulatta）与人类在神经解剖学、寿命轨迹和分子特征上具有高度相似性，且在受控环境中可记录数十年的饮食、医疗干预、药理学暴露和生殖史等数据。恒河猴还会自然发生淀粉样蛋白-β（Aβ）沉积，但缺乏广泛的tau介导的神经退行性病变，这为在脱离终末期神经退行性病变的情况下研究生理性衰老和早期蛋白病提供了独特机会。然而，NHP血浆和CSF的大规模蛋白质组学分析长期受限于检测灵敏度、样本量有限和成本高昂。本研究采用高灵敏度的NULISAseq CNS平台，对66只恒河猴的CSF和血浆进行蛋白质组学分析，并以人类参考样本作为基准，旨在系统描绘NHP生命周期中衰老与早期神经病理学的区室特异性蛋白质特征。

主要技术方法

研究人员采用NULISAseq? CNS Disease Panel 120（Alamar Biosciences）靶向蛋白质组学平台，对66只恒河猴的CSF和血浆样本进行分析，动物按年龄先验分为成年组（<20岁，n=20）、前老年期组（20–25岁，n=18）和老年期组（>25岁，n=28）。样本来自美国国家生物医学研究所（NBRI）AAALAC认证的户外大型饲养群体，CSF经小脑延髓池穿刺采集，血浆经外周静脉穿刺采集，均按标准化流程处理并储存于?80°C。此外，研究还纳入12例来自斯坦福阿尔茨海默病研究中心（ADRC）的人类CSF样本（包括AD阴性和AD阳性受试者）作为跨物种参照。研究人员同时对41只前老年期和老年期动物的脑组织进行免疫组织化学（IHC）分析，使用D3D2N抗体定量皮层淀粉样蛋白负荷。统计分析采用Welch方差分析（ANOVA）、Kruskal–Wallis检验、Spearman秩相关、主成分分析（PCA）和基于余弦距离的无监督层次聚类等方法。

研究结果

蛋白质组范围内的衰老效应与共享特征

在血浆中，约38%的蛋白质与实足年龄呈显著单调相关，31%显示显著的年龄组效应，且年龄相关差异以正向变化为主。相比之下，CSF蛋白质组表现出更具选择性的模式：仅19%的CSF蛋白与年龄显著相关，24%显示年龄组效应，且CSF模式更具双向性。主成分分析显示，CSF的主变异轴（PC1，占36.9%方差）与实足年龄无显著关联，而血浆PC1（占32.9%方差）与年龄、性别、出生地和体重显著相关。此外，老年组的个体间蛋白质组离散度显著高于成年组，且CSF中老年动物可分离为两个可重复的蛋白质组亚群，而血浆中聚类结构较弱。

经典神经衰老标志物在恒河猴与人类中呈现相似的年龄相关模式

神经丝轻链（NEFL）和重链（NEFH）在CSF和血浆中均与年龄呈显著正相关，老年恒河猴的数值与人类参考组有大量重叠。星形胶质细胞标志物GFAP和CHI3L1（YKL-40）在CSF和血浆中均随年龄升高。小胶质细胞标志物CHIT1和TREM2在CSF中随年龄显著升高（效应量η2分别为0.450和0.237），但血浆中无显著年龄差异。CSF中NEFL与NEFH（ρ=0.81）、GFAP（ρ=0.59）和CHIT1（ρ=0.62）之间存在强正相关，表明神经轴突与胶质蛋白的协同变化。

衰老与突触及营养支持蛋白的变异相关

神经元正五聚蛋白家族NPTX1、NPTX2和NPTXR在CSF中均与年龄呈显著负相关，前老年期和老年期动物水平低于成年组，而血浆中无此模式。相反，急性神经元损伤标志物ENO2、UCHL1、FABP3和S100B在CSF中未显示广泛的年龄相关正相关，排除了广泛神经元破裂作为正五聚蛋白下降的主要驱动因素。CSF中多效生长因子（PTN）与年龄呈显著负相关，且与三种神经元正五聚蛋白均呈正相关，且在校正年龄后相关性仍然显著，提示存在PTN-正五聚蛋白关联轴。

屏障和血管相关蛋白显示CNS-外周界面的区室特异性变异

叶酸受体1（FOLR1）和胰岛素样生长因子结合蛋白7（IGFBP7）在CSF中显示非线性的年龄组效应，前老年期动物水平较低，老年期组个体间变异较大。老年期动物可分层为FOLR1^HighIGFBP7^High和FOLR1^LowIGFBP7^Low两种蛋白质组状态，前者与较高的神经元正五聚蛋白水平及淀粉样蛋白和tau相关分析物相关，后者与血管和免疫相关通路蛋白水平较高相关。VEGF家族成员在CSF中基本年龄不变。

衰老与血浆中AD相关蛋白水平显著升高相关

CSF中Aβ38、Aβ40和Aβ42无显著年龄相关差异，而血浆中Aβ38和Aβ40与年龄呈显著正相关，老年期动物水平显著高于成年组。血浆中所有淀粉样蛋白比值（Aβ40/Aβ38、Aβ42/Aβ38、Aβ42/Aβ40）均与年龄呈负相关，方向与人类衰老模式一致。CSF中脑源性总tau（BD-MAPT）和磷酸化tau亚型（BD-pTau-181、?217、?231）在年龄范围内相对稳定，而血浆BD-pTau-181和BD-pTau-217显示年龄组效应和正相关。免疫组织化学证实老年恒河猴大脑存在广泛的实质和血管淀粉样蛋白沉积，pTau-181和pTau-217标记的神经元稀疏，pTau-231仅标记少量神经突起。α-突触核蛋白（SNCA）和TDP-43在CSF和血浆中均年龄不变。血浆CHI3L1（ρ=0.704）、CHIT1（ρ=0.349）和CXCL10（ρ=0.415）与脑淀粉样蛋白负荷显著相关，且在校正年龄后仍然显著。

恒河猴表现出以选择性免疫调节因子和代谢应激蛋白为标志的独特炎症性衰老特征

血浆中IL6、IL18、IL16、IL33和CCL2等炎症介质与年龄呈显著正相关，方向与人类炎症性衰老模式一致。CSF中炎症模式更具选择性，IL18显示强单调正相关，而其他细胞因子主要由部分老年个体驱动。血浆生长分化因子15（GDF15）是全组中与年龄相关性最强的分析物之一（ρ=0.547，p<0.0001）。PARK7（DJ-1）在老年期动物血浆中水平升高，但在CSF中低于检测阈值。值得注意的是，血浆C反应蛋白（CRP）与年龄呈显著负相关，与人类衰老队列中常见模式不同。

讨论与结论

本研究通过对已知年龄的恒河猴血浆和CSF进行大规模蛋白质组学表征，结合人类参考样本的跨物种比较，系统描绘了外周和中枢区室中衰老相关的蛋白质模式。核心神经衰老生物标志物在恒河猴中呈现与人类一致的年龄相关变化，支持NHP模型在转化生物标志物研究中的价值。血浆中AD相关蛋白（Aβ和pTau亚型）与年龄及脑淀粉样蛋白负荷的相关性优于CSF，提示血浆可能更适合作为NHP模型中监测早期AD病理的液体活检基质。老年期动物CSF中FOLR1和IGFBP7的双态分布揭示了无法仅用实足年龄解释的晚期蛋白质组异质性，这一发现可能为理解衰老异质性提供新的维度。研究还发现恒河猴具有独特的炎症性衰老特征，包括GDF15的强年龄相关性和CRP的负向年龄关联，与人类炎症性衰老模式存在部分差异。总体而言，这些结果支持恒河猴作为研究生理性脑衰老与早期神经病理学的转化模型，为连接NHP模型与临床相关生物标志物框架奠定了基础。