Sci Adv│华中科技大学骆海明团队开发阿尔茨海默病生物标志物的快速检测平台

2024-03-31

临床研究

引言血液外泌体逐渐成为诊断脑部疾病如阿尔茨海默病（AD）的潜在生物标志物。目前缺乏一种超灵敏技术来在血液外泌体中识别核心AD生物标志物，以优化生物标志物在临床实践中的应用。2024年3月27日，华中科技大学骆海明团队在Science Advances 发表题为“Sensitive detection of multiple blood biomarkers via immunomagnetic exosomal PCR for the diagnosis of Alzheimer’s disease”的研究论文，该研究开发了一种免疫磁外泌体聚合酶链反应（iMEP）平台，利用DNA偶联的抗体快速检测临床血液外泌体中的淀粉样蛋白-β（Aβ1–40和Aβ1–42）和磷酸化tau（p-tau396,404和p-tau181）。趾环移位（toehold shift）介导的DNA亲和拉降消除了高检测背景，使得可以检测到浓度低至10飞克/毫升的生物标志物。使用iMEP检测方法，与外泌体p-tau181和p-tau396,404相比，外泌体Aβ1–42在区分AD患者和健康个体方面更为准确，灵敏度为95.0％，特异度为95.0％。iMEP技术还能够熟练量化与疾病发病机制相关的不同外泌体生物标志物水平。阿尔茨海默病（AD）是一种逐渐发展的神经系统疾病，其特征是淀粉样蛋白（Aβ）斑块和神经原纤维缠结。AD的病理过程涉及Aβ斑块（A）、tau缠结（T）和进行性神经退行性（N）的聚集。此外，它们的组合ATN框架允许对AD进行诊断和分期。目前，对AD的临床评估越来越依赖于神经病理学验证的生物标志物Aβ和tau。AD病理学验证的生物标志物包括Aβ和磷酸化tau正电子发射断层扫描（PET）、脑脊液（CSF）Aβ1–42/Aβ1–40比率、CSF中Aβ1–42、总tau（t-tau）以及Thr181磷酸化tau（p-tau181）的浓度。美国食品药品监督管理局批准了神经影像学和CSF生物标志物用于AD的早期诊断，但是它们的高成本、有限的可及性和侵入性限制了它们作为一线AD诊断工具的使用。使用基于血液的生物标志物可以实现低成本、广泛可用和无创的AD早期诊断。因此，通过血液检测进行AD筛查将是迈向早期干预、减轻社会负担的重要一步。越来越多的证据支持使用血液生物标志物进行AD的早期微创检测和鉴别诊断。已报道血浆Aβ1–42、p-tau231、p-tau181和p-tau217与CSF同源物呈正相关，并在临床前AD中明显改变。值得注意的是，血液神经元来源的外泌体中的Aβ1–42、t-tau和p-tau181水平已被证明能够区分临床诊断为AD的个体和健康个体或其他类型痴呆症的个体。血液外泌体是由活细胞分泌到循环血液中的细胞外囊泡，是细胞间通讯的重要介质，并可以通过传递其蛋白质、脂质和核酸分子等载体来反映脑的生理和疾病状态。郑等人发现注射到AD小鼠体内的外泌体富集在大脑中的Aβ斑块周围，表明外泌体参与了斑块形成。因此，作者推测血液外泌体是AD发病机制中的重要参与者，并具有作为AD诊断标志物的潜力。已广泛报道了使用不同分析策略对血液外泌体进行分析，如微流控技术、质谱分析、酶联免疫吸附法（ELISA）和超敏单分子阵列（Simoa）。尽管已报道血浆神经元外泌体可作为AD的生物标志物，但缺乏特异性分离和提取方法限制了神经元外泌体的基础研究和临床应用。血液外泌体分离技术日趋成熟，但目前还没有关于基于检测血液外泌体中AD核心生物标志物的AD诊断的报道。这可能是由于血液外泌体的异质性以及在高灵敏度下检测血液外泌体中生物标志物的困难。iMEP检测血液外泌体生物标志物的示意图（Credit: Science Advances）该研究描述了一种敏感的检测平台，称为免疫磁性外泌体聚合酶链反应（iMEP），用于快速检测核心阿尔茨海默病生物标志物（Aβ1–42、Aβ1–40、p-tau396,404和p-tau181），该平台可以富集血液外泌体并灵敏检测多种血液生物标志物。iMEP系统集成了血液外泌体的免疫磁性富集、外泌体上生物标志物的免疫识别以及实时聚合酶链反应。该研究应用了toehold置换介导的DNA亲和拉降技术来纯化富集的外泌体结合抗体的DNA-抗体共轭物。由于夹心ELISA的特异性和PCR信号增强的结合，iMEP相应于富集的外泌体结合抗体的DNA共轭物可以可靠地检测到浓度低至10 fg/ml的目标分析物。该方法可以在血液外泌体中选择性地识别各种阿尔茨海默病相关的生物标志物，并通过估计血液外泌体中的AD生物标志物水平来区分临床诊断为AD的患者和健康个体。原文链接https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm3088责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述