综述 | Ageing Res. Rev.：蛋白质组学作为可靠方法发现阿尔茨海默病血液中的生物标志物
编译：北越城主，编辑：Emma、江舜尧。
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为了评估蛋白质组学在发现阿尔茨海默氏病（AD）血液生物标志物的影响，本研究系统地回顾了1984-2019年间发表的文章。在1651篇文章中，入围了17项病例对照研究和两项队列研究，以及三项病例对照研究和纵向设计的组合。总共发现207个AD和轻度认知障碍（MCI）候选标记物（CB），其中2个研究报告了48个。重点介绍了六种CB，即α-2-巨球蛋白（α2M）ps，胰腺多肽（PP）ps，载脂蛋白A-1（ApoA-1）ps，afaminp，胰岛素生长因子结合蛋白2（IGFBP-2）ps和纤维蛋白原-γ-chainp，在三个以上的独立队列中均显示出一致的结果。他们通过淀粉样蛋白（Aβ），神经原纤维缠结，糖尿病和心血管疾病（CVD）参与AD发病机制。这些发现为通过蛋白质组学发现基于血液的AD生物标志物提供了重要见解。
论文ID
实验设计
实验结果
1. 文献检索结果和纳入研究的特征
通过PubMed / Medline，EMBASE，Web of Science，Science Direct和Springer共筛选了1651篇文章。除删除重复项外，还保留了1419条。此外，从相关的评论文章中确定了六篇文章。在根据标题和摘要筛选的1425篇文章中，只有75篇全文文章被认为是相关的，并根据预先指定的纳入标准进一步评估。最后，该系统评价共纳入22项研究，其中17项采用了病例对照研究，三项同时进行了病例对照和纵向研究设计，两项为队列研究（图1）。表1列出了所有相关的病例对照研究（总计20项），而表2列出了所有相关的队列研究（总计5项）。对于病例对照研究，在1413例AD患者和2357例对照人群中确定了报告的CB，在589例MCI /遗忘性MCI（aMCI）患者与903例对照中确定了报告的CB。对于纵向研究，涉及601例AD，870例MCI病例和374例对照。这22项研究分别在美国（10项研究），欧洲（7项研究），亚洲（3项研究）和澳大利亚（2项研究）进行。尽管有18项研究利用了血浆样品，但只有4项使用了血清。
图1 用于系统回顾和meta分析的研究选择PRISMA图表
表1 关于AD、MCI和健康参与者蛋白表达差异的候选病例对照研究摘要(n=20)
表2 关于AD生物标志物发现的候选纵向研究综述(n=5)
2. 质量和偏见风险
NOS是一种用于通过meta分析严格评估非随机临床试验的工具。表3显示了所有入围病例对照研究的NOS质量评估。研究发现，大多数病例对照研究（n = 18）包括入选用于后续荟萃分析的七项研究偏倚风险低（得分≥3星）。在主题选择方面，除Ray等人外，所有研究（n = 19）都明确定义了AD和MCI病例。大多数研究（n = 15）已经明确陈述了有关对照参与者的选择和/或定义的信息。尽管有9项研究按年龄和性别将患有AD或MCI的人与对照组相匹配，但有4项研究按年龄或性别将受试者与之匹配。另一方面，总共13项研究包括测量ApoE风险以及CSF中的tau和Aβ-42，以确保达到研究设计目的。由于不适合进行队列研究，因此未进行NOS评估。
为了补充NOS评估的局限性，本评价中还采用了QUADAS-2来评估所有纳入研究中生物标志物诊断价值偏倚的风险。表4总结了所有研究的QUADAS-2评估结果（n = 22）。在患者选择方面，所有研究均显示出高风险偏向。至于指数测试领域，考虑到它们的蛋白质组学分析都不是盲目的，因此大多数研究（n = 16）被认为具有较高的偏倚风险。也不依赖于临床诊断知识（参考标准）。就参考标准（患者分类和评估）而言，所有研究的偏倚风险均较低。至于流程和时间安排，大多数研究（n = 13）显示偏倚的风险低，而一项偏倚的风险高，而另一些尚不清楚。出于适用性考虑，所有研究在所有领域的偏倚风险均较低。
表3 由NOS表对所有入围的病例对照研究进行质量评估(n=20)
表4 对所有入围研究进行QUADAS-2偏倚评估的风险(n=22)
3. 病例对照研究
CB的可重现性在不同队列中进行了评估。在入围研究中，三项研究共享同一队列（阿尔茨海默氏病神经影像学倡议（ADNI）队列）。病例对照队列总数减少到18个。在18个队列中，一个队列不包括AD受试者。因此，AD与对照的总队列数为17个队列。
图2显示了163个CB在17个独立队列中的可重现性。与健康对照相比，AD患者中的CB明显且差异表达。在2至6个不同的队列中报告了大约27％（163个CB中的46个）CB。特别是在两个独立的队列中报道了α2Mps。而胰腺多肽（PP）ps在五种不同的队列中报告了。ApoA-1ps，在四个队列中报告了。纤维蛋白原-γ-chainp， IGFBP-2ps，afamin，ApoA4p，α-1-antitrypsinp，纤连蛋白，巨噬细胞炎性蛋白1 alphaps（MIP1-αps）和补体因子Bps在三个队列中均有报道。在两个队列中总共报告了34个CB，其余的CB仅在一个队列中被发现。对于MCI与对照受试者的研究，在六个不同的队列中共鉴定出44个CB。这些CB的可重现性很差，因为仅发现了ApoA4p和纤维蛋白原-γ-chainp。可以在两个不同的群组中重现。
图2 163CB在17个独立队列中的可重现性
图3显示了在两个或更多个独立的AD人群与对照人群中已报道的46 CB的蛋白质表达谱（约占总CB的27％）。发现总共20个CB持续上调。虽然已知这些CB的一半与免疫和炎症反应有关，但其余的与凝血，血管生成，激素调节，细胞凋亡，胰岛素抑制，生长控制，食欲调节和心血管稳态有关。另一方面，发现七个CB一直被下调。虽然三种CB主要参与免疫和炎症反应，但其余的分别与脂质，维生素和离子转运以及生长调节有关。在相关研究中发现19 CB的跟研究结果不一致。这些CB中有八种（即补体因子B（CFB）ps，α-1B-糖蛋白，α-1-抗胰蛋白酶，IL-10ps，IL-3ps，纤维蛋白原α-链酶，血浆蛋白酶C1抑制剂和MIP1-αps）相关，具有免疫和炎症反应，三种基于载脂蛋白的CB（即ApoB-100ps，ApoA-4p和ApoEp）在脂质转运中起重要作用。对于MCI受试者与对照受试者，发现两个CB（即ApoA-4p和纤维蛋白原γ chainp）的蛋白质表达谱不一致。
图3 46个可重现CB在两个或更多独立队列中的蛋白表达谱
虽然大多数差异表达的可重现CB（46个中的33；72％）都来自血浆和血清，但其余CB（46个中的13；28％）仅在血浆中发现（图2）。在血浆和血清中发现的CB包括众多CB。这是因为大多数入围研究使用血浆（13个病例对照研究队列）而不是血清（4个病例对照研究队列）（表1）。
表5显示了可重现的CB按血液成分，蛋白质组学平台和大陆分类。最可重现的血浆CB是PP（4组），其次是afamin，α-1-antitrpsin，α2M，ApoA-1，ApoA-4，β-2糖蛋白和纤维蛋白原γ链（3组），血管生成素2，ApoE，BNP，CFH前体，补体因子B，皮质醇，EFGR，纤连蛋白，高粘连蛋白，IL-3，IGFBP-2和MIP-1-α（2组）（表5A）。另一方面，α2M是唯一可重现的血清CB（3组）（表5A）。值得注意的是，与血浆中的血浆相比，血清α2M的调控不那么稳定。而报道了血清α2M的上调另有报道。
表5 可重现CB的血液组分，蛋白质组平台和分组
可重现的血浆CB是可通过基于凝胶和基于免疫测定的平台检测到的血浆。通过基于凝胶的平台检测到的可重现CB包括α2M，ApoA-1，β-2-糖蛋白，补体因子H（CFH）前体和纤维蛋白原γ链（2组）。另一方面，通过基于免疫测定的平台检测到的可重现的CB包括PP（3个队列），血管生成素2，ApoE，BNP，皮质醇，IL-3和MIP-1-α（2个队列）。对于血清CB，α2M是唯一可被基于MS的平台检测到的可重现CB。总之，发现α2M可在基于凝胶的平台和基于MS的平台上重现。
在美国进行的研究中，血管生成素2，ApoE，BNP，IL-3和PP成为可复制的血浆CB（2组）。另一方面，发现α2M是源自所在大陆的唯一可重现的血清CB。在欧洲进行的研究中，鉴定出了更多可重现的CB，其中包括α2M，ApoA-1，α-1-抗胰蛋白酶，β2糖蛋白，CFH前体和血凝素。基于澳大利亚和亚洲的研究报告说，由于在这两个大陆进行了较少的AD血液生物标志物发现研究，因此没有可重现的CB。
表6 显示了DAVID功能注释图分析，该图表示KEGG中过度代表的通路。发现与炎症反应有关的途径（细胞因子与细胞因子受体的相互作用途径）以及补体和凝血级联反应在统计学上是显着的。有趣的是，本研究还发现了与传染病相关的丰富途径，包括百日咳，金黄色葡萄球菌感染和疟疾具有统计学意义。
表6 KEGG通路分析
图4示出了AD患者相对于对照对象的ApoA-1ps，ApoA-4p，α2Mps和C3ps的森林图。与对照组相比，发现ApoA-1ps在AD中显着下调，研究间异质性较低。与对照组相比，在AD队列中发现其他三个CB，即ApoA-4p，α2Mps和补体C3ps被上调。AD队列中的α2Mps浓度显着更高，并且没有显着的中等研究间异质性。但是，与对照相比ApoA-4p均无显着差异，AD队列中的C3ps水平也没有补充。ApoA-4p和补体C3ps水平的总体分析也显示为非显着的研究间异质性。
图4 AD患者与对照组的ApoA-1, ApoA-4, α2M和C3森林图
表2显示了纵向设计的AD / MCI CB发现研究的不同结果度量，例如，研究了蛋白质水平的变化，这些变化与一年以上的AD队列（ADNI）的大脑结构变化显着相关。蛋白质变化与大脑影像学方法的整合提高了诊断准确性，从而以高灵敏度（93％）和特异性（92％）来区分AD和对照。此外，这项研究的纵向方面发现进展为AD的MCI受试者的预后准确率为94％。在其他地方，他们使用了相同的队列（即ADNI），比较了基线和一年随访中AD与对照组蛋白质的变化。有趣的是，tenascin Cp, PPp, matrix metalloproteinase 1p,eotaxin-3p, brain natriuretic peptidep和Nterminal protein B-typep被上调。但是，ApoEp和IgMp均被下调。研究了AD受试者的认知能力下降的速度，并进行了1至2年的随访，发现AD受试者中的clusterinp和核小体组装蛋白2p含量较高。研究了AD患者的认知能力下降的速率，发现在一年的随访中，补体级联途径中涉及的蛋白质与加速的认知功能恶化显着相关。
表2还突出显示了其他参数，例如与MCI转化为AD相关的蛋白质，以及基线和随访期间AD/ MCI中蛋白质的变化水平。这些蛋白质包括stromal cell-erived factor 1 alphap (SDF-1αp), antileukoproteinasep (SLPIp), C-C motif chemokine 14p(HCC-1p), tumor necrosis factor receptor superfamily member 17p (BCMAp),leukotriene A-4 hydrolasep (LTA-4 hydrolasep), endostatinp, trypsinp,interleukin-6 receptor subunit- αp (IL-6 sRαp)和albuminp。
图5 CB与外周和脑之间的交流在AD发病机制中的关系
总结