Sci Adv | IF=14! 空间代谢组加速阿尔茨海默症的创新性研究

稳定同位素可以代谢性地结合到特定的Ab肽中，并在淀粉样病变发作时积累到细胞外斑块中

我们为7-17周龄的APP^NL-G-F小鼠提供了15N标记的蛋白质饮食(图1A)。所有在淀粉样蛋白沉积前上升期间分泌和积累的Ab都应该含有15N标记。省略了追踪期，以避免洗脱期产生的异源标记Ab的干扰。我们使用化学成像对这些小鼠脑组织和斑块中的稳定同位素富集进行了分析 (图1)。结果显示，15N标记的氨基酸被整合到APP和Ab中，并沉积在Ab斑块上。

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图1.

脉粥样硬化斑块的初始形成

在阿尔茨海默病患者中，阿尔茨海默病病理学表现出广泛的表型异质性，除其他外，表现为形态异质性斑块的形成，包括弥漫性和核心沉积物。MALDI-IMS显示总15n–Ab1-42信号的相对强度在ab斑块中心最高。我们观察到与斑块的更外围部分(图2)相比，标记较少的15n–ab1-42(m/z 4450)定位于核心，而更多的包含15n–ab1-42的标记(m/z 4465)显示没有显著定位于核心或外围，并且均匀地沉积在斑块区域上(图2)。由于标记较少的15n–Ab1-42必然来源于分泌较早且可能沉积较早的ab1-42，因此核心部位的沉积表明核心结构的形成是这些小鼠斑块病理形成的初始事件。相比之下，后期合成的Ab1-42的沉积模式，如15N含量增加所反映的，在整个斑块中更加均匀。总之，这些数据表明动脉粥样硬化斑块的形成是由致密核心沉积物向外生长引起的，这是后来在最初斑块结构上广泛沉积斑块的结果。因此，这导致了具有扩散性、预纤维化外围的形态异质核心沉积物。

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图2.

最初Ab1-42沉积在大脑皮层，然后沉积在海马体中

 除了关于APP^NL-G-F小鼠斑块生长的特异性结构细节，iSILK还允许我们识别不同脑区的沉积动力学。这与确定斑块病理如何在大脑中传播有关，并最终重新解决斑块形成如何影响导致认知缺陷的脆弱大脑区域的机制链。因此，我们的目的是量化皮质和海马区斑块相关Ab1-42的相对数量。我们分离了海马和皮质沉积物的斑块ROI光谱数据。我们比较了编码标记程度的斑块相关Ab1-42的等拓扑特征，如m/z值的偏移。与海马斑块相比，皮质斑块的总15N同位素富集程度明显更高。这可能表明，皮层中的斑块形成得更早，因为它们可以随着时间积累更多的15N。皮质斑块中的Aβ1-42显示，与海马斑块(图3)相比，标记的Aβ1-42增加了1.75倍。单离子图的最大标记Aβ1-42同位素(图3G)显示斑块仅在皮层中沉积，而在海马中没有(图3)，表明在该小鼠模型中，皮层是早期斑块沉积的主要部位。

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图3.

c末端截短的Aβ1-38形成和沉积发生在最初的斑块形成之后

淀粉样斑块病理的开始和进展被认为与不同的Aβ肽截短物的分泌和聚集有关，其中c末端和n末端截短物都有报道。鉴于本研究中使用的小鼠年龄较小，这就为研究其他哪些末端截短的物种与APP^NL-G-F小鼠的初始Aβ病理学相关提供了机会。

我们观察到从相对同位素分布曲线的质心值推导出的Aβ1-38 15N标记的程度与在Aβ1-42观察到的同位素掺入程度没有统计学差异(图4)。对应于Aβ1-38和Aβ1-42检测到的质心值(平均同位素掺入量)的不同标记Aβ1-38的离子图显示了斑块上相似的空间分布模式(图4)。与Aβ1-42相比，Aβ1-38的同位素含量减少了43%(图4)。这表明，在最初斑块形成后的洗脱期，所有Aβ1-38都比Aβ1-42晚被分泌和沉积。

与Aβ1-42相比，Aβ1-38的平均标签掺入量增加了400%(图4L)。这进一步得到了Aβ1-38同位素组成度的单离子图谱的支持，该图谱对应于在Aβ1-38和Aβ1-42观察到的平均标记值(图4)。这证实了Aβ1-38的产生和消失都代表了一个下游事件，该事件仅发生在最初的Aβ1-42沉积及形成斑块后。

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图4.