帕金森?。≒D）是一種復(fù)雜且日益流行的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）神經(jīng)退行性疾病。它的臨床特征是運動性癥狀（遲緩、震顫、肌強直等）和非運動癥狀（包括：神經(jīng)精神癥狀、自主神經(jīng)功能障礙、睡眠-覺醒障礙等）。主要由多巴胺能細(xì)胞中的α-突觸核蛋白聚集引起，并導(dǎo)致路易體（LB）形成。神經(jīng)保護(hù)策略未能阻止疾病進(jìn)展的部分原因是該疾病的臨床異質(zhì)性，它有多種表型，以及缺乏客觀的生物標(biāo)志物。因此，急需找到與帕金森病病理生理學(xué)和臨床表型直接相關(guān)的生物標(biāo)志物。
今年6月18日，倫敦大學(xué)和德國哥廷根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心研究團(tuán)隊在《Nat Commun》（IF:14.7）雜志上發(fā)表題為：《Plasma proteomics identify biomarkers predicting Parkinson's disease up to 7 years before symptom onset》的相關(guān)研究。該研究通過高通量串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)分析血液樣本，發(fā)現(xiàn)了與帕金森病相關(guān)的8種蛋白質(zhì)，機器學(xué)習(xí)模型根據(jù)8種蛋白質(zhì)的表達(dá)成功區(qū)分患者與健康人，并在發(fā)展為運動性癥狀前7年預(yù)測了79%的非運動癥狀的受試者。
圖1 血漿蛋白標(biāo)志物研究思路
樣本：99名近期被診斷患有帕金森病的患者、72名出現(xiàn)快速眼動睡眠行為障礙但還沒有出現(xiàn)帕金森相關(guān)運動癥狀的患者，以及36名健康對照者的血樣。
篩選流程：發(fā)現(xiàn)階段檢測非靶血漿蛋白質(zhì)組進(jìn)行標(biāo)志物的初步篩選，隨后通過兩次靶向質(zhì)譜鑒定深入驗證候選血漿蛋白標(biāo)志物，構(gòu)建機器學(xué)習(xí)模型區(qū)分不同人群。
發(fā)現(xiàn)隊列由隨機挑選的十名藥物治療無效的帕金森病患者和十名HC組成。該分析發(fā)現(xiàn)了1238個蛋白質(zhì)，經(jīng)數(shù)據(jù)前處理后，剩余895個蛋白質(zhì)。在這些蛋白質(zhì)中，有47個蛋白質(zhì)在PD組和對照組之間差異表達(dá)。通路分析表明，這些蛋白在幾種炎癥通路中富集。
圖2 血漿蛋白質(zhì)組差異蛋白篩選（發(fā)現(xiàn)階段）
該研究創(chuàng)建了一個靶向蛋白質(zhì)組，其中包括自己工作中初步發(fā)現(xiàn)的蛋白和文獻(xiàn)報道過的相關(guān)蛋白，共121種蛋白質(zhì)。驗證第一步分析了近期被診斷患有帕金森病的患者（99人）、出現(xiàn)快速眼動睡眠行為障礙（iRBD）但沒有帕金森病相關(guān)運動癥狀的患者（72人）、以及作為對照的健康個體（36名）的血漿，進(jìn)行了有針對性的多重質(zhì)譜分析驗證。其中，32種蛋白質(zhì)在血漿中得到了穩(wěn)定可靠的檢測。在這32個標(biāo)志物中，23個被證實在帕金森病和高血壓之間有顯著的差異表達(dá)。在iRBD患者與HC之間以及其他神經(jīng)疾病患者（OND）與HC之間的比較中，發(fā)現(xiàn)了6種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)（圖3）。
圖3 靶向蛋白質(zhì)組分析的工作流程和結(jié)果概述（驗證階段1）
該研究繼續(xù)探討了觀察到的蛋白質(zhì)表達(dá)能否用于建立一個回歸模型，以預(yù)測個體是屬于PD組還是HC組。確定了一組能以100%的準(zhǔn)確率區(qū)分PD和HC的蛋白質(zhì)，然后構(gòu)建了一個線性支持向量分類模型。特征選擇的結(jié)果是一個包含八個預(yù)測因子的模型：GRN、MASP2、HSPA5、PTGDS、ICAM1、C3、DKK3和SERPING1。模型對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果是所有樣本都被歸入了正確的類別。在接收者操作特征曲線（ROC）和精確度-召回曲線（PR）曲線上，該標(biāo)志物組合的AUC都達(dá)到了1.0（圖4）。證明該模型以100%的準(zhǔn)確率對原發(fā)性帕金森?。≒D）樣本或?qū)φ諛颖具M(jìn)行了分類和分離。
圖4 機器學(xué)習(xí)構(gòu)建診斷模型（驗證階段1）
為了評估以高風(fēng)險受試者為重點的初始預(yù)測模型的結(jié)果，該研究改進(jìn)了靶向蛋白質(zhì)組檢測方法，只定量檢測初始靶向蛋白質(zhì)組檢測中容易可靠檢測到的蛋白質(zhì)（n=32）。分析了一組由54名iRBD患者組成的獨立隊列中的146份縱向樣本?？v向隨訪長達(dá)10年，其間有16名受試者（20%）表型轉(zhuǎn)化為帕金森病（11人）或路易體癡呆（5人）。
該研究將第二階段所有可用的縱向iRBD樣本（n= 146）應(yīng)用于第一階段構(gòu)建的兩個機器學(xué)習(xí)模型（OPLS-DA和支持向量機SVM）（PD vs. HC）。OPLS-DA模型基于所有32個檢測到的蛋白質(zhì)，將70%的iRBD樣本鑒定為PD，而SVM模型基于8個蛋白質(zhì)面板，將79%的樣本鑒定為PD。如上所述，在進(jìn)行分析時，iRBD驗證隊列中的54名受試者中有16人已發(fā)展為PD/DLB。因此，最早的正確分類發(fā)生在表型轉(zhuǎn)換前7.3年，最晚的正確分類發(fā)生在診斷前0.9年（平均3.5±2.4年）。
圖5 機器學(xué)習(xí)預(yù)測結(jié)果
本研究發(fā)現(xiàn)的八種血漿蛋白標(biāo)志物對于帕金森病的早期診斷具有潛在的價值，這些標(biāo)志物不僅能在確診患者中鑒別出疾病，還能在癥狀出現(xiàn)前7年識別出高風(fēng)險個體。這一發(fā)現(xiàn)對于尋找有效的預(yù)防和治療策略具有重要意義，因為這些標(biāo)志物可以用于篩選和識別臨床試驗中的參與者，從而為帕金森病的管理提供更早的干預(yù)機會。
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