IVD前沿：脑疾病诊断中的潜在标志物进展

神经退行性疾病，包括阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD），表现出以无症状的病理改变为特征的临床前阶段，因此需要可靠的生物标志物来进行早期疾病检测和进展监测。最近的研究趋势指向具有神经起源的血液来源的细胞外囊泡（EVs）作为直接评估大脑致病性的途径。L1细胞粘附分子（L1CAM）已被用作神经元源性EV（NDEVs）的生物标志物。然而，L1CAM在神经元细胞和非神经元细胞中的表达重叠，这为其作为脑部疾病诊断的唯一标志物的实用性蒙上了阴影。

近日，杂志Science Advances上发表了一篇题为“Blood-derived APLP1+ extracellular vesicles are potential biomarkers for the early diagnosis of brain diseases”的文章，研究旨在确定脑特异性生物标志物。作者研究了淀粉样蛋白前体样蛋白1 (APLP1)，证实了从人血清中分离的APLP1+ EV的大脑起源，并强调了其神经特异性。Thy-1 GFP M系小鼠的验证显示GFP和APLP1共表达，强调了APLP1+ EV在神经退行性诊断中的转化潜力。

图片来源：Science Advances

主要内容

APLP1作为BDEV生物标志物诊断神经退行性疾病的潜力

脑源性EV（BDEVs）的一个显著特征是其膜上存在脑特异性蛋白APLP1（下图I）。利用APLP1特异性抗体，可以从血液中选择性地分离这些BDEVs，过滤掉从其他器官释放的囊泡（下图II）。利用这种以BDEVs为中心的方法进行定期评估可以促进早期疾病检测，从而实时监测大脑健康。这种主动跟踪具有预防或减缓疾病进展的潜力，为神经退行性疾病管理提供了另一种途径（下图III）。

血液中APLP1+ BDEVs对神经退行性疾病的诊断潜力。

图片来源：Science Advances

整合不同数据集以识别脑特异性BDEV生物标志物

为了鉴定脑特异性BDEV标记，作者从HPA数据库中确定了488种只在大脑中表达的蛋白，并重点关注位于细胞膜的蛋白质上。使用“GO:0005886质膜”来识别位于脑细胞质膜上的蛋白质，并排除“GO:0008021突触囊泡”蛋白，以避免包括在EVs以外的囊泡中发现的膜蛋白。入选的蛋白质与ExoCarta和Vesiclepedia数据库进行交叉比对（如下图）。这一策略最终选择了35个蛋白质，只存在于大脑中，与膜结合，并存在于EV中。其中，APLP1在大脑中的表达最为突出，其在大脑皮层、胼胝体、纹状体和海马等大脑各区域均有广泛表达。

BDEV生物标志物的鉴定方法。图片来源：Science Advances

脑特异性表达：APLP1 VS. L1CAM

作者评估了APLP1在组织中的分布，并与L1CAM作比较。评估表明，L1CAM的蛋白表达在多个组织中，而APLP1的表达主要局限于大脑（图A）。mRNA表达分析进一步证实了L1CAM在大脑和其他器官中均匀分布（图B）。相反，APLP1表现出明显的脑特异性表达。且在检测的样本中，全长APLP1是主要存在形式（图C和D）。这些差异强调了与L1CAM相比，APLP1+ EV作为更可靠的脑特异性生物标志物的潜力。研究还表明APLP1在少突胶质细胞中表达最为明显，其次是神经元。

APLP1 的脑特异性表达。图片来源：Science Advances

小鼠和人血浆EVs中APLP1的表达

作者从小鼠脑组织中分离EV，并从这些脑组织来源的EV中提取蛋白质。分析结果显示，与BDEVs相比，L1CAM在脑组织中的表达更丰富，而APLP1在BDEVs中的表达更强。作者还使用了Thy-1 GFP M系小鼠，这些转基因小鼠海马神经元在Thy-1启动子下有EGFP表达。通过荧光染色对血浆EVs中GFP和APLP1共定位的进一步研究证实，APLP1存在于GFP+ EVs中（如下图）。这种共表达强调了使用APLP1作为脑特异性生物标志物的潜力。

APLP1起源于大脑。图片来源：Science Advances

验证APLP1+ EV对脑部疾病的诊断潜力

为了进一步评估APLP1+ EV对脑部疾病的诊断潜力，作者检测了它们在多形性胶质母细胞瘤（GBM）患者血液中的表达。作者量化了关键分子标记的存在：EGFR、EGFRviii、L1CAM和APLP1。其中，APLP1表现出最高的表达水平，大大超过了L1CAM、EGFRviii和EGFR的相对丰度。在GBM组中观察到CD63+APLP1−EV和CD63+APLP1+ EV群体的显著增加（下图C）。与健康个体相比，CD63+APLP1−EV亚群中有10.83倍的富集，CD63+APLP1+ EV亚群中有惊人的44.3倍增高（下图D）。这些数据证实了GBM环境中EV和BDEV的浓度均明显增高。

APLP1+ EV在神经系统疾病中的诊断潜力。

图片来源：Science Advances

总结与讨论

L1CAM被认为是一种神经元特异性标志物，已被广泛用于NDEVs的分离。血液中的大部分L1CAM主要以自由形式存在，而不是与EV相关。作者确定了APLP1优于L1CAM作为BDEV分离的表面标记物的特异性。初步结果表明，APLP1与神经元、少突胶质细胞和某些星形胶质细胞有潜在的关联。作者认为，更全面的了解需要进一步深入的研究和多样化的方法方法。总的来说，APLP1在BDEV标记物领域具有强大潜力，可与其他标志物联用，形成多生物标记系统，以解决复杂的脑部疾病诊断。