帕金森病（PD）是一種常見的神經退行性疾病，預計到2040年全球將有1420萬PD患者。其典型病理改變是路易小體的積累和黑質緻密部多巴胺能神經元的顯著死亡。但其具體的致病機制尚未明確。
代謝組學是對生物系統內源性代謝產物總量的綜合評估，而蛋白質組學則可以在蛋白水平上評估改變。這些組學數據可以幫助研究者在PD患者基因表達後分子和代謝途徑的改變方面產生很多發現。同時，血漿作為一種容易獲得的、無創的、信息豐富的患者生物液體，成為探索許多神經精神疾病發病機制的完美工具。基於此，來自中國重慶的學者採用非靶向代謝組學和蛋白質組學分析來識別PD患者的分子變化，同時在此基礎上進行了生物信息學分析，以探討PD可能的發病機制，發表在近日的Front Mol Neurosci上，題為Integrated Metabolomics and Proteomics Analysis Reveals Plasma Lipid Metabolic Disturbance in Patients With Parkinson's Disease。
1，代謝組學分析
36例PD患者和健康對照組分別納入代謝組學分析，兩組受試者的血紅蛋白、血脂水平、糖尿病和高膽固醇血症的發生率均無顯著差異。但是兩組之間有83種代謝物差異表達，其中63%是脂肪和類脂分子、13%是有機酸和衍生品、6%是糖類和多酮類化合物、5%是有機氧化合物、5%是有機雜環化合物、4%是苯環型、2%是核苷、核苷酸和類似物、1%是均質非金屬化合物、1%是有機硫化合物。其中佔最大比例的脂類和類脂分子進一步分為：鞘脂類、甘油磷脂類、甘油脂類、脂醯類、普勒諾脂類和類固醇及其衍生物，其中鞘脂類佔25%之多。對上述差異表達代謝物進行相關代謝途徑分析，其中只有鞘脂代謝途徑顯著富集，同時參與鞘磷脂代謝的6種代謝物均顯著增加，表明該鞘磷脂代謝通路在PD患者中被激活。
圖1.使用MetaboAnalyst4.0基於代謝組學數據中差異表達的代謝物進行代謝途徑分析
2，蛋白質組學分析
兩組受試者有40個差異表達蛋白，其中15個蛋白表達增加、25個蛋白表達減少，7種差異表達的載脂蛋白均顯著降低。通過對差異表達蛋白進行富集分析，結果顯示：在細胞成分層面，排名前六的GO術語中的五個與脂質直接相關；在生物過程層面，排名前十四的GO術語中的十一個與脂質代謝直接相關。
圖2. PD患者和健康對照組之間的蛋白質組學分析富集結果
3，結果討論
研究人員將PD患者和健康對照組的血漿進行了代謝組學和蛋白質組學的綜合分析，首先在這兩組之間的任何臨床數據中都沒有發現顯著差異，這表明下列組學分析是合理的。
在本次非靶向代謝組學分析中，兩組間鑑定出了83個差異表達的代謝物，其中鞘脂類佔絕大多數，同時通路分析顯示鞘磷脂代謝是唯一顯著富集的代謝通路，且該通路有被激活的趨勢。而鞘脂類是一類含有鞘狀基底和一組脂肪族氨基醇的脂類，已有報導顯示鞘脂代謝參與PD的酵母模型。
隨後，研究人員進一步進行蛋白質組學分析研究大分子的差異表達，上述差異表達蛋白富集結果顯示——PD可能與脂質或脂質代謝直接相關。以往的研究表明，脂質和蛋白質的比例可以調節α-syn的聚集傾向，同時脂質失調也可以通過氧化應激和炎症反應促進PD的發病，此外脂質代謝還涉及大量PD的遺傳危險因素。因此研究人員認為，脂質代謝異常與PD有關，這可能為改變PD提供一種新的治療方法。總而言之，綜合代謝組學和蛋白質組學分析發現，PD與血脂代謝紊亂有關，鞘脂代謝激活和載脂蛋白減少可能是PD的潛在發病機制。
參考文獻：
Hu L, Dong M-X, Huang Y-L, Lu C-Q, Qian Q,Zhang C-C, Xu X-M, Liu Y , Chen G-H and Wei Y-D (2020) Integrated Metabolomics andProteomics Analysis Reveals Plasma Lipid Metabolic Disturbance in Patients WithParkinson’s Disease. Front. Mol. Neurosci. 13:80.
編譯作者：十級胖胖 (Brainnews創作團隊)
校審：Victoria、Simon (Brainnews編輯部)