特发性颅内高压具有独特的蛋白质组图谱特征

《Annals of Neurology》：Idiopathic Intracranial Hypertension Is Characterized by a Distinct Proteomic Profile

　　

**目标**
特发性颅内高压（IIH）的病理生理机制尚不清楚，且缺乏疾病特异性生物标志物。研究人员旨在阐明IIH的病理生理学并鉴定疾病特异性生物标志物。

**方法**
这项前瞻性横断面队列研究纳入了来自丹麦两家三级头痛中心的新发IIH患者，以及年龄、体重指数（BMI）和性别匹配的健康对照（发现队列）。采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析对配对的血清和脑脊液（CSF）样本进行可重复的蛋白质组学谱测定。研究结果通过三个验证队列进行验证，包括IIH患者（pwIIH）、脑静脉窦血栓形成（pwCSVT）和正常压力脑积水（pwNPH）患者。

**结果**
研究纳入了53名pwIIH和35名健康对照。与对照组相比，pwIIH患者出现视乳头水肿，且腰椎穿刺开放压力中位数（四分位距[IQR]）显著升高（38.0 [33–46] vs 19.0 [17.0–23.0] cmH2O；p < 0.001）。机器学习分析分别从血清和CSF中识别出20种IIH预测蛋白，这些蛋白能将pwIIH与对照组区分开，曲线下面积（AUC）分别为0.84和0.92（发现队列中的pwIIH），在验证队列1中分别为0.99和0.90；但对于pwCSVT（血浆，AUC=0.63）和pwNPH（CSF，AUC=0.67）则无此能力。血清碳酸酐酶（CA）1和2在IIH患者中上调，并与淀粉样前体蛋白（APP）、S100P和S100A12一同成为最具预测性的IIH蛋白。

**解释**
研究人员鉴定并独立验证了一组IIH特异性候选生物标志物。血清候选生物标志物指向由CA2驱动的CSF分泌过多，这为CA抑制剂的疗效提供了一种可能的解释。与神经元损伤相关标志物（APP、S100P/S100A12）的调控证实了IIH的非良性特征。

特发性颅内高压（IIH）主要影响肥胖的年轻女性，并因大流行性肥胖而发病率持续上升。其特征是脑脊液（CSF）压力升高，但无可识别的原因。主要症状包括头痛、认知能力下降以及因视乳头水肿导致的视力障碍，后者可能导致失明。目前的诊断基于2013年修订的标准，依据视乳头水肿、腰椎穿刺开放压力（LPOP）升高（≥25 cmH₂O）以及CSF成分、神经系统检查和脑部磁共振成像（MRI）正常（除4种特定的IIH相关MRI特征外）。若颅内压（ICP）升高由药物或已知会升高ICP的医疗状况引起，则归类为继发性假性脑肿瘤综合征（PTCS）。近期发布的基于证据的诊断标准更新仍基于ICP相关而非疾病特异性特征。IIH背后的病理生理机制仍不明确，其与患有躯干肥胖和脂肪组织功能障碍的年轻女性相关。因此，躯干脂肪量而非体重指数（BMI）与IIH患者的LPOP相关，并被认为作为一种内分泌器官分泌促炎细胞因子、脂肪因子和激素参与IIH发病。糖皮质激素调节改变、高瘦素血症、雄激素过多、胰岛素抵抗也与IIH发病机制有关。最近的一项工作提出，炎症、代谢和神经退行性过程的相互作用参与其中。由水通道蛋白功能障碍驱动的类淋巴系统功能障碍、神经-胶质-血管单元破坏、促炎性CSF谱和受损的类淋巴外流被提出作为潜在机制。这些紊乱最终可能导致CSF产生增加、CSF引流减少和静脉窦压力升高，成为疾病的关键机制。迫切需要能够帮助临床医生区分IIH与临床类似疾病并有助于理解其未知病理生理学的诊断生物标志物。血液检测因其易获取性和微创性在临床中常规使用，将是新标志物的理想来源。在过去十年中，基于质谱（MS）的蛋白质组学已成为生物医学研究中的首选技术，现在可以深入表征血清或CSF等体液。为了识别分子疾病机制和潜在治疗靶点，IIH的蛋白质组学和代谢组学谱已被研究。结果表明，肾素-血管紧张素系统、炎症、神经内分泌和脑可塑性蛋白、尿素、乙酸盐、乳酸/丙酮酸比值以及糖皮质激素代谢可能与IIH病理生理学有关。然而，一致、可重复且具有疾病特异性模式的驱动通路仍然缺乏。因此，研究人员应用高通量基于MS的蛋白质组学分析来分析来自新发IIH治疗初始患者与年龄、性别和BMI匹配的对照组配对的血清和CSF样本，以鉴定疾病特异性生物标志物。研究人员在三个不同的验证队列中验证了结果，包括来自奥地利三级头痛中心的IIH患者（pwIIH）的独立队列、脑静脉窦血栓形成患者（pwCSVT）和正常压力脑积水患者（pwNPH）。

研究人员在两家丹麦三级头痛中心招募了具有多学科IIH专业知识的患者，覆盖了总计390万人口。队列的纳入标准为年龄18岁或以上，能够提供书面知情同意，并且临床怀疑IIH。IIH怀疑由资深神经科医生或眼科医生根据客观发现（如视乳头水肿、展神经麻痹）、临床症状（如视力模糊、头痛、搏动性耳鸣）和表型（肥胖的年轻女性）提出。IIH根据2013年的诊断标准进行诊断。仅纳入了具有明确IIH的治疗初始患者（“IIH患者”）进行蛋白质组学分析。蛋白质组学分析的排除标准为排除IIH诊断（“非IIH”）、既往已知IIH或IIH复发、妊娠、哺乳期、男性、继发性PTCS以及确认或排除IIH诊断所必需的数据缺失。为保证诊断根据相同的标准化诊断检查和诊断标准进行，标准化疾病阶段，并将生物标志物发现限制在急性新发阶段，排除了既往已知IIH和IIH复发的患者。此外，如果患者的血清或CSF样本不符合质量标准，也被排除。所有患者都接受了标准化的诊断检查，包括半结构化医疗访谈、神经系统和眼科检查、神经影像学、LPOP测量、血液和CSF常规分析以及用于研究目的的血清和CSF样本收集。神经影像学由经验丰富的资深神经放射科医生评估，眼科测量由资深神经眼科医生评估，两者均对患者的诊断设盲。研究人员招募了35名性别、年龄和BMI匹配的健康对照。纳入标准为能够提供书面知情同意、年龄18至45岁、BMI 25至60、每周头痛天数≤1天。通过共聚焦彩色眼底成像（Compass）排除视乳头水肿。在诊断检查过程中采集了血液和CSF样本。对照组不允许患有严重合并症或与ICP升高相关的疾病（如严重贫血），也不允许服用已知会导致ICP升高的药物。为每位健康对照患者采集配对的血清和CSF样本，如果样本不符合质量标准，则被排除。研究人员使用来自维也纳大学医院的27名新发IIH患者作为验证队列1来确认结果。这些患者必须根据2013年的诊断标准被诊断为IIH。蛋白质组学分析的唯一排除标准为妊娠、哺乳期、男性、继发性PTCS以及确认或排除IIH诊断所必需的数据缺失。此外，如果患者的血清或CSF样本不符合质量标准，也被排除。在采血和采集CSF样本时，有7名患者已开始使用乙酰唑胺治疗。

研究人员对发现队列进行了蛋白质组学分析，包括来自丹麦pwIIH和年龄、性别、BMI匹配的健康对照的配对血清和CSF样本。液相色谱-串联质谱蛋白质组学分析最终鉴定了2250种（CSF）和1289种（血清）蛋白质。血清蛋白质组学的高动态范围导致尽管采用了免疫耗竭方法，鉴定的蛋白组数量仍少于CSF。CSF和血清蛋白组鉴定的重叠度为34.8%。主成分分析（PCA）显示丹麦pwIIH与健康对照之间存在一些分离。机器学习分析从丹麦pwIIH与健康对照的血清中识别出20种最具IIH预测性的蛋白，这些蛋白能将pwIIH与对照区分开，受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUROC）值为0.84。在20种最具IIH预测性的血清蛋白中，只有凝血因子IX（F9）与ICP呈正相关。随后，京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析突出了20种蛋白质中子集在IIH复杂病理生理学中的相互关联功能，指向细胞外基质（ECM）稳态、流体动力学和炎症失调。具体而言，KEGG通路分析显示了与碳酸氢盐相关代谢（近端小管碳酸氢盐重吸收、集合管酸分泌、氮代谢）的参与，这与IIH患者中碳酸酐酶1（CA1）和碳酸酐酶2（CA2）的上调相对应。此外，发现淀粉样前体蛋白（APP）上调，S100P和S100A12也是最具IIH预测性的蛋白。CSF蛋白质组的PCA分析确定了诊断时pwIIH与对照之间的差异。为了鉴定一组推定的生物标志物，研究人员应用机器学习从丹麦pwIIH与健康对照的CSF中识别出20种最具IIH预测性的蛋白，这些蛋白能将pwIIH与对照区分开，AUROC值为0.92。值得注意的是，通过机器学习分析血清和CSF蛋白质组数据识别出的20种最具IIH预测性的蛋白之间没有重叠。

研究人员使用来自奥地利pwIIH的配对血清和CSF样本作为验证队列1。所选蛋白能够将奥地利pwIIH的血清和CSF与健康对照区分开，AUROC分别为0.99和0.86。为了研究IIH预测蛋白在多大程度上是IIH特异性的，研究人员评估了IIH预测性血清蛋白在脑静脉窦血栓形成（CSVT）患者队列（n=10）和健康对照（n=16）中的表现。此外，研究人员评估了IIH预测性CSF蛋白在正常压力脑积水（NPH）患者（n=68）和疑似患有NPH但诊断被否定的患者（非NPH；n=33）队列中的表现。然而，IIH预测性血清蛋白均无法区分pwCVST（AUROC=0.63）与其各自的对照组；IIH预测性CSF蛋白也无法区分pwNPH（AUROC=0.67）与其各自的对照组。

研究人员在讨论中指出，研究鉴定了来自丹麦新发、治疗初始IIH患者与年龄、性别、BMI匹配的健康对照（发现队列）的血清和CSF蛋白质组谱。随后，该蛋白质组谱应用于来自奥地利新发IIH患者与年龄、性别、BMI匹配的健康对照（验证队列1），血清和CSF的蛋白质组谱以0.99和0.86的AUROC将pwIIH与对照受试者区分开，证实了其有效性，但未能区分pwCSVT和pwNPH与其各自的对照组，证实了其IIH特异性。迄今为止，先前蛋白质组学研究结果的可靠性受到样本量小、缺乏年龄、BMI和性别匹配的对照组以及独立验证队列、以及pwIIH诊断不确定性等方面的限制。此外，对照受试者不一定是健康的，而是患有其他可能影响其蛋白质组谱的疾病，并且未提供pwIIH的治疗状态。另一项研究使用了混合的CSF样本，忽略了显著的个体生物变异性，同时降低了数据的统计功效。因此，本研究的主要优势之一在于其设计，即在诊断时比较来自丹麦新发、治疗初始IIH患者的配对血清和CSF样本的蛋白质组谱与年龄、BMI和性别匹配的健康对照，并在pwIIH中验证以证实其有效性，同时在pwCSVT和pwNPH中验证以证实其疾病特异性。本研究的蛋白质组学谱描述了多种代谢紊乱，包括氨基酸和脂质代谢，这与已发表的数据一致。血清蛋白质组学的一个主要发现是CA1和CA2在pwIIH血清中的显著预测影响，两者在两个队列的pwIIH中均被发现持续上调。CA2在脉络膜丛表达，通过催化反应（CO₂ + H₂O = HCO₃^- + H⁺）在CSF产生中发挥关键作用。由于分析中排除了接受乙酰唑胺或托吡酯治疗的患者，结果不能归因于治疗相关的人为效应，而是提供了证据表明CA2可能促成pwIIH的ICP升高。这也解释了为什么CA抑制剂治疗是相关且有效的。鉴于IIH是一种雄激素过多的疾病，先前发现睾酮增加脉络膜丛中CA2的表达，这表明IIH中的雄激素过多可能驱动CA2水平升高，从而导致CSF分泌增加。CA1也值得关注，因为它在人类脊髓的运动神经元中表达，并且在海马星形胶质细胞中过表达，并与抑郁症相关。KEGG通路富集分析在血清中也发现了参与氨基酸代谢紊乱的证据。

研究人员观察到pwIIH中ECM蛋白下调，尤其是胶原蛋白VI（COL6A1/2）、Reelin（RELN）、HSPG2和FN1，这与先前发现的与IIH相关的肥胖相关的代谢失调和慢性炎症一致。研究人员还观察到与先前与神经元损伤相关的标志物的上调/下调，强调了IIH的非良性性质。例如，发现RELN下调。在阿尔茨海默病中，RELN通路的破坏与tau蛋白过度磷酸化、β-淀粉样蛋白积累和认知能力下降有关。发现APP上调，APP在应激下（如轴突损伤部位）会上调。S100P和S100A12是pwIIH中最具预测性的蛋白。S100P与肿瘤进展和转移有关，但也被证明在创伤性脑损伤后上调，而S100A12与炎症性疾病、神经突生长、神经元凋亡以及急性原发性脑出血和缺血性卒中后的不良预后有关。

CSF蛋白质组分析显示碳代谢和氨基酸代谢改变，以及三羧酸循环（TCA循环）的改变——TCA循环是一条为中心氧化途径，为所有细胞提供能量。先前在pwIIH的脑活检中发现了病理性线粒体比例增加，这表明脑能量稳态受损。pwIIH中CSF GOT1和ALDOA表达增加表明中枢神经系统能量代谢功能障碍。GOT1是一种胞质酶，将天冬氨酸转化为草酰乙酸；ALDOA是一种糖酵解酶，两者均位于糖酵解、糖异生和TCA循环的交汇处。这两种蛋白质对于生物能量稳态和代谢调节至关重要。CSF蛋白质组与先前发现的相符，并可能解释新发治疗初始IIH CSF中碳水化合物代谢和氨基酸代谢受损的原因。CSF GOT1水平升高与蛛网膜下腔出血后无法控制的颅内高压和脑缺血直接相关，并与不良神经预后有关。与此一致，研究人员发现pwIIH中CSF GOT1水平与ICP相关。值得注意的是，在pwIIH中，载脂蛋白D（APOD）与ICP呈负相关。研究人员发现嗜铬粒蛋白A（CHGA）与ICP呈正相关。CHGA调节代谢过程，其衍生肽catestatin在肥胖相关并发症中显著升高。

该研究具有重要的优势，因为研究人员使用了非常严格的纳入标准、来自三家不同头痛诊所的初诊未治疗患者，并将他们的生物标志物与一组独特的健康BMI匹配对照组相关联。此外，三个外部验证队列证实了探索性队列的发现及其IIH特异性。局限性包括相对较小的样本量以及缺乏对其他种族的普遍适用性。此外，IIH的确切发病时间未知，因为症状通常微妙且非特异性，因此诊断前的疾病持续时间可能影响了发现。未来，对这些生物标志物与体重减轻和治疗关系的前瞻性监测可能为IIH病理生理学增添重要见解。

研究人员在结论中指出，他们在新诊断pwIIH的配对血清和CSF样本中鉴定了一组候选生物标志物。这些候选生物标志物能将新发IIH患者与年龄、性别和BMI匹配的健康对照区分开。在三个不同的验证队列中的验证证实了这些发现及其IIH特异性。血清CA2的上调可能指向IIH中的CSF分泌过多，为CA抑制剂的疗效提供了一种可能的解释。与神经元损伤相关标志物的上调证实了IIH的非良性特征。