题目：Imaging protein aggregates in the serum and cerebrospinal fluid in Parkinson's disease

期刊：Brain

影响因子：15.255

分类：神经医学

发表日期：2022年2月

α-突触核蛋白的聚集在帕金森病的发展中起关键作用。可溶性聚集物不仅存在于人脑中，还存在于脑脊液和血液中。表征这些生物体液中的聚集物可以提供对疾病机制的见解，并且还具有帮助诊断的潜力。

使用了两种光学单分子成像方法(aptamer DNA-PAINT和单聚集体共聚焦荧光)，以及高分辨率原子力显微镜，特异性检测15名早期帕金森病患者与10名健康年龄匹配的对照者的脑脊液和血清中存在具有分子间β折叠结构的单个聚集物，并进行了特异性表征。

使用了多种对单个聚集物敏感的方法来检测和表征帕金森病和健康对照组脑脊液和血清中存在的聚集物(图1和2)。染料PFTAA用于检测含有β-折叠结构的聚集物。结果发现脑脊液和血清中都存在β-折叠结构的聚集物。将血清稀释40倍，CSF稀释2倍后检测发现二者PFTAA活性聚集物数量相当，表明血清中存在的PFTAA活性聚集物比CSF多约20倍。此外发现，在帕金森病患者和对照组之间，脑脊液和血清中PFTAA活性聚集物的数量没有显著差异(图3)。

使用AD-PAINT对血清和CSF中的单个聚集物进行成像，吸附到玻璃盖玻片上，并以20 nm的空间分辨率测量它们的大小。该方法适用于和α-syn和淀粉样蛋白-β的纤维聚集物结合的适体(图2，图4B)。结果分析显示，与对照组相比，帕金森病患者血清和脑脊液中检测到的聚集物数量没有差异(图4A)。在匹配的对照组中，血清与脑脊液中的聚集物数量之间存在极其显著的负相关(R = - 0.88，P = 0.049;图4E)。相比之下，帕金森病血清中的聚集物水平往往与匹配的帕金森病CSF中的聚集物水平呈正相关，但这种相关性没有统计学意义(R = 0.45，P = 0.45;图4E)。

此外，还分析了在CSF和血清样本中发现的聚集物的累积尺寸分布(图4C和D)。在这两种生物体液中，聚集体的大小高度不均匀，从20 nm(分辨率极限)到250 nm不等。帕金森病患者和对照组CSF之间的累积大小分布存在细微差异，约为1%，帕金森病样本的较长聚集体比例较高，但没有统计学意义(P = 0.6)。帕金森病患者血清与对照组血清的聚集体大小差异较大，为5%，其中帕金森病血清中长度大于150 nm的聚集物比例显著高于对照血清(P = 0.03)。在匹配的样本中，CSF和血清的累积差异分别为2.5%和5%。这些结果表明，与对照血清相比，AD-PAINT中使用的适体未检测到聚集物总数的变化，但在帕金森病中较长的聚集物比例更高。我们发现帕金森病组(R = -0.52，P = 0.37)和对照组(R = -0.53，P = 0.36)组匹配的血清和脑脊液中聚集体的平均长度之间没有统计学上的显著相关性(图4F)。

通过对聚集物的3D形态进行相位控制和高分辨率AFM成像，确认了血清和CSF样本中AD-PAINT分析的结果(图5)。与血清和脑脊液的对照组相比，帕金森病样本的直径范围更广，这与AD-PAINT测量非常一致(图4)。

图1 使用的单一聚合方法的示意图

图2 结合AD-PAINT和免疫沉淀法测定人体液(血清、脑脊液等)中蛋白质聚集物的化学组成的实验设计概述

图3 与对照组(n = 10)相比，帕金森病血清和脑脊液中聚集物的共聚焦分析(n = 15)

图4 使用AD-PAINT技术检测帕金森病血清(n = 8)与健康对照血清(n = 9)、帕金森病脑脊液(n = 10)与健康对照脑脊液(n = 10)中检测到的蛋白质聚集物的特征

图5 与使用AFM的对照组相比，在帕金森病患者血清和脑脊液样本中检测到的蛋白质聚集物的特征

早期帕金森病患者血清中纤维状聚集物的大小范围为20到200 nm，较大聚集物(长于~150 nm)的数量和比例增加。这可能反映了随着时间的推移血液中脑源性聚集物或外周产生的聚集物的积累。这些血清聚集物由α-syn和淀粉样蛋白-β种类组成，与对照受试者相比，在帕金森病患者中发现的α-syn聚集物比例显著更高。研究血清中存在的蛋白质聚集物可以提供有关帕金森病中蛋白质稳态破坏的信息，并可以作为帕金森病诊断的潜在生物标志物进行深入研究。

Lobanova E, et al. Imaging protein aggregates in the serum and cerebrospinal fluid in Parkinson's disease. Brain. 2022.