对小鼠脑脊液的质谱分析表明，在衰老过程中，几种蛋白质的丰度或结构发生变化。这6种表现出最强大结构变化的蛋白质与人类脑脊液中的认知或阿尔茨海默病相关，因此揭示了候选诊断生物标记物和潜在治疗靶点。

研究任务

大脑老化是导致阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）等神经退行性疾病的主要因素，但其分子特征还没有完全确定。对脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）进行经典实验，发现了作为AD诊断生物标志物的单一蛋白质，从而提高了我们对其机理的理解，并揭示了治疗靶点。然而，缺乏大规模的蛋白质组学研究，部分原因是难以获得大量的高纯度的小鼠脑脊液。

此外，蛋白质结构变化对于蛋白质作为生物标记物和分子靶点的应用至关重要，但在脑老化和AD的蛋白质组学研究中往往被忽视。研究人员旨在研究数百种老化过程中的小鼠脑脊液蛋白质，包括观察蛋白质结构变化。为了实现这一点，他们使用有限的蛋白水解质谱（limited proteolysis–mass spectrometry, LiP-MS），它使用酶驱动的蛋白水解裂解速率作为蛋白质结构的报告。LiP-MS有可能揭示蛋白质结构的各种变化，包括初级结构改变、翻译后修饰、自聚集和分子结合。

研究发现

研究人员开发了从小鼠收集高纯度脑脊液的程序，并缩小规模进行LiP-MS，以适应小鼠脑脊液的收集量低。在年轻（3个月大）和老年（18个月大）小鼠上执行这些程序，首先使用鸟枪质谱分析产生的脑脊液，确定379个蛋白质组和900多个新的LiP裂解位点。研究发现，在衰老过程中，至少有38个蛋白质组发生丰度变化（图1a），其主要特征是抗体增加（尤其是IgM，可能对自身抗原产生反应），其次是细胞外基质蛋白减少和炎症酶增加。

研究确定了6种具有年龄相关结构变化的高置信度CSF蛋白（图1b）。其中，KNG1、IRIH2、LP-PLA2和14-3-3蛋白具有已知在AD患者脑脊液中改变的结构形式或结合伙伴，表明在小鼠中操纵这些蛋白可以作为治疗或预防人类AD的模型。最后，通过分析人类脑脊液中蛋白质丰度测量结果，研究人员确定所有6种hit蛋白都与衰老、认知和/或AD相关的特征相关。特别是，小鼠脑脊液中存在自身免疫复合物CD5L-IgM，并且随着年龄的增长而增加，它也存在于人类脑脊液中。此外，人类14-3-3蛋白YWHAB和YWHAZ与AD生物标记物和一些认知指标密切相关，并且与没有认知障碍的对照个体相比，AD患者的脑脊液中这些蛋白更丰富（图1c）。这些发现表明LiP-MS可以阐明脑脊液成分中与年龄相关的结构变化，这些变化与大脑老化和AD相关。

研究意义

研究鉴定的38种CSF蛋白代表了脑再生的候选生物标记物或治疗靶点，尤其是随着年龄增长而增加的炎症酶（如组织蛋白酶D和溶菌酶C-2）。此外，研究数据支持老化相关IgM和CD5L-IgM在大脑自身免疫功能障碍中起作用的假设。在6个结构变化hit蛋白中，有两个指向化学反应——激肽原1的蛋白水解裂解和LP-PLA2介导的脂质水解——这些反应在临床上已作为AD治疗靶点，但显然已经被放弃；本研究结果可能会激发这些领域的研究工作。然而，人类脑脊液数据显示，脑脊液中的14-3-3蛋白可能与人类AD有关，这一点比任何其他蛋白质都重要。

研究强调了“structure-ome结构”在衰老生物学中的重要性。希望有助于促进对ome结构的进一步研究，以扩展我们在预测、诊断、预防和/或治疗衰老相关疾病方面的发现。

参考文献：Shuken SR, Wyss-Coray T. Structural changes in cerebrospinal fluid proteins are associated with brain aging[J]. Nature Aging,2022,2:375-376.