《Molecular & Cellular Proteomics》：An integrative proteomic approach to reveal altered signaling modules during Alzheimer’s disease progression in PS19 tauopathy mice
编辑推荐：
阿尔茨海默病（AD）是一种缓慢进展的神经退行性疾病，其特征为认知、功能和行为的损害，这些变化源于细胞外淀粉样β（Aβ）斑块和细胞内过度磷酸化的tau蛋白神经原纤维缠结的进行性积累。AD与多种必需神经递质系统的功能障碍相关，如多巴胺（DA），并伴随神经传递受损。
阿尔茨海默病（AD）是一种缓慢进展的神经退行性疾病，其特征为认知、功能和行为的损害，这些变化源于细胞外淀粉样β（Aβ）斑块和细胞内过度磷酸化的tau蛋白神经原纤维缠结的进行性积累。AD与多种必需神经递质系统的功能障碍相关，如多巴胺（DA），并伴随神经传递受损。尽管大脑内的神经递质变化与AD病理相关，但针对神经递质及其相关蛋白质组变化的深入谱学研究仍有限。本研究旨在对PS19（Tau P301S）小鼠4至7个月龄期间七个脑区的蛋白质组和神经递质进行谱学分析及整合。蛋白质组学分析揭示了各脑区显著改变的经典通路，包括代谢异常。在神经递质谱中，研究人员发现六种神经递质——多巴胺（DA）、5-羟色胺（5-HT）、高香草酸（HVA）、去甲肾上腺素（NE）、3-甲氧基酪胺（3-MT）和3,4-二羟基苯乙酸（DOPAC）——在AD进展过程中水平发生显著改变。通过蛋白质组与神经递质谱的整合分析，研究人员发现AD进展依赖的多巴胺能和5-羟色胺能相关信号模块与神经递质变化密切相关，尤其是在海马体和小脑中。这种整合方法可为理解AD进展提供新的信号模块，从而改善治疗和临床预后。
该研究聚焦于阿尔茨海默病（AD）进展过程中tau蛋白病变对神经递质系统及分子信号通路的调控机制。研究人员通过对PS19 tau蛋白病小鼠模型在疾病进展关键时间点（4个月与7个月）的七个特定脑区进行多组学整合分析，揭示了与病理相关的神经递质失衡及其背后的蛋白质组学基础。研究发现，随着tau病变的加重，多巴胺（DA）和5-羟色胺（5-HT）系统的信号模块发生特异性改变，这些改变与特定脑区（如海马体和小脑）的代谢异常及突触功能障碍密切相关。此项研究通过整合蛋白质组学与神经递质谱学，构建了AD进展过程中的分子调控网络，为识别潜在的生物标志物和治疗靶点提供了重要的理论依据。论文发表于《Molecular》期刊（注：根据提供的文档内容，具体期刊全称需参考原文出处）。
在研究技术方法方面，研究人员采用了多项关键技术。首先，利用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术对野生型（WT）和PS19转基因（Tg）小鼠七个脑区（嗅球、前额叶皮层、纹状体、海马体、丘脑、黑质和小脑）的蛋白质组进行了无标记定量蛋白质组学分析。其次，采用高效液相色谱-电化学检测（HPLC-ECD）法对上述脑区的11种神经递质及神经化学物质进行了定量分析。此外，结合基因集富集分析（GSEA）和Ingenuity通路分析（IPA）对蛋白质组数据进行生物信息学挖掘，并利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）和免疫组织化学（IHC）技术在mRNA和蛋白水平对关键靶标进行了验证。样本来源于4个月和7月龄的雌性WT及PS19（Tau P301S）小鼠品系。
研究结果部分主要包含以下内容：
PS19小鼠脑区蛋白质组学与神经递质谱分析的样品制备
研究人员首先对PS19小鼠模型进行了病理学表征，Western blot结果显示7个月龄PS19小鼠前额叶皮层中总tau蛋白的可溶性/不溶性比例显著增加，而4个月龄时未见显著差异。免疫组化分析显示，磷酸化tau（AT8阳性）在4个月龄PS19小鼠的前额叶皮层和海马体中已有少量积累，而在7个月龄时显著增加。这些结果证实了随着年龄增长，PS19小鼠成功建立了AD病理模型，随后研究人员按照既定流程开展了整合蛋白质组学研究。
tau蛋白病变进展过程中PS19脑区的多蛋白质组学分析
利用定量蛋白质组学，研究人员在七个脑区鉴定到2139至2383种蛋白质。火山图直观展示了差异表达蛋白。GSEA分析揭示了各脑区独特的通路改变：上调通路主要与免疫反应、凝血和线粒体氧化磷酸化相关；下调通路则涉及DNA修复、糖酵解和有丝分裂纺锤体，表明疾病进展中存在代谢模式的转变。IPA分析进一步显示，ROBO受体信号、RHO GTP酶循环、氧化磷酸化等十条经典通路在衰老过程中发生显著改变，且PS19小鼠与WT小鼠表现出不同的衰老相关相关性模式。蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析指出HSPA8在神经系统中发挥关键作用。
tau蛋白病变进展过程中的神经递质变化谱分析
HPLC-ECD分析显示，随着tau病变进展，多种神经递质发生显著改变。具体而言，在PS19小鼠纹状体中，DOPAC水平从4个月到7个月显著增加，而WT小鼠则无明显变化。DA水平在WT小鼠纹状体中随年龄增长而增加，但在PS19小鼠各脑区均处于较低水平。5-HT在PS19小鼠所有检测脑区均呈下降趋势，而其代谢产物5HIAA在WT小鼠丘脑和黑质中显著增加，但在PS19小鼠中变化趋势相反。这些数据反映了正常衰老与tau蛋白病变对神经化学谱的不同影响。
发现tau蛋白病变进展新信号模块的整合蛋白质组学分析
通过将脑区特异性蛋白质组数据与神经递质谱整合，研究人员在海马体和 cerebellum 发现了与DA和5-HT相关的信号模块变化。具体包括：DA受体（Drd1-5）信号传导、DA降解（单胺氧化酶MAO、儿茶酚-O-甲基转移酶COMT）信号、5-HT受体信号以及5-HT降解（醛脱氢酶ALDH）信号。这些通路中的关键蛋白表达水平随tau病变进展发生了显著改变，且这些变化与神经递质水平的波动具有一致性。
tau蛋白病变进展中发现信号模块靶基因与靶蛋白的验证
为了验证整合分析发现的信号模块，研究人员选择了各通路中的关键靶基因进行qRT-PCR验证。结果显示，在DA受体信号通路中，丘脑区Drd1和Drd2显著升高，而嗅球中Drd2和Adcy显著降低；在DA降解通路中，嗅球Comt显著降低，而Maoa和Maob在各脑区普遍升高。免疫组化结果进一步证实，Drd1在纹状体和脑干中表达降低，而Drd2在嗅球和海马CA1区降低，在丘脑和小脑中升高，这与蛋白质组学分析结果高度吻合。
讨论部分总结如下：
研究人员指出，本研究通过对进行性tau蛋白病小鼠的多脑区蛋白质组与神经递质谱进行整合分析，确定了多条经典通路，特别是代谢异常相关通路。研究发现六种神经递质（DA、5-HT、HVA、NE、3-MT、DOPAC）在疾病进展中显著改变。整合分析揭示，DA和5-HT相关信号模块与神经递质变化紧密相关，尤其是在海马体和小脑。进一步的功能分析表明，突触发生信号通路在所有七个脑区均下调，提示tau积累可能广泛损害突触功能。组织学分析显示，磷酸化tau在黑质、蓝斑核及中缝核（5-HT神经元起源区）均有明显积累，这支持了tau病理与神经递质系统重塑之间的联系。研究人员详细讨论了DA受体（Drd2、Drd3）、腺苷酸环化酶（Adcy）、单胺氧化酶（MAO）及β-抑制蛋白（Arrb1）等分子在AD进展中的潜在作用机制，并指出蛋白质水平的变化并不总是与转录水平完全一致，提示存在转录后调控机制。最后，研究人员认为这种超越传统多组学方法的整合蛋白质组学策略，为理解脑部疾病提供了新的视角，并为治疗AD提供了新的分子靶点。
