摘要

阿爾茨海默病（AD）和路易體病（LBD）等神經退行性疾病通常在不可逆的病理變化發生后才被診斷出來。衰老是最強的風險因素，它驅動了導致大腦出現突觸功能障礙和蛋白質異常的分子變化。糖基化作用和細胞外基質（ECM）的重塑是連接衰老與神經退行性疾病的尚未充分研究的機制，為生物標志物的發現開辟了新的途徑。然而，基于質譜的糖蛋白組學和糖組學研究仍然存在局限性。在這里，我們優化了一種基于載玻片的組織消化工作流程，用于從小鼠和人類的5毫米腦組織中進行整合的糖組學和蛋白質組學分析，該流程采用了與數據采集無關的液相色譜-串聯質譜（LC-DIA-MS/MS）技術。該流程被應用于按年齡和性別分層的野生型小鼠（n=12）的全腦樣本，以及14例人類死后前額葉皮層組織樣本（其中8例為腦干型LBD，6例為以邊緣系統為主的LBD，部分樣本伴有AD共病）。與傳統的依賴數據采集的方法（DDA）相比，DIA方法將蛋白質、糖基化蛋白質和ECM的檢測覆蓋率提高了兩到三倍；而無需使用蛋白質庫的DIA搜索技術進一步提高了低豐度或區域特異性蛋白質的檢測能力。在衰老的小鼠大腦中，我們觀察到與突觸相關的蛋白質（如SYNPR、ZNT3和HPCA）的水平升高，以及谷氨酸能和突觸后通路的富集，這反映了與年齡相關的突觸重塑。糖組學分析顯示，隨著年齡的增長，軟骨素硫酸酯（CS）二糖的硫酸化程度發生了微妙的變化。在人類樣本中，AD-LBD腦干組織中的未硫酸化CS、4-O-硫酸化CS和總CS水平顯著降低，同時ECM、糖基化蛋白質和線粒體蛋白質的表達也出現了差異，并且線粒體通路的富集程度高于LBD腦干組織和AD-LBD邊緣系統組織。這些發現表明，AD共病對LBD的蛋白質組和糖組學特征具有區域特異性影響。總體而言，本研究建立了一個基于DIA技術的強大載玻片消化平臺，能夠從少量組織中實現高分辨率的空間糖組學和蛋白質組學分析，揭示了與神經退行性病變相關的衰老和病理特異性分子變化，為生物標志物的發現提供了框架。

圖形摘要

阿爾茨海默病（AD）和路易體病（LBD）等神經退行性疾病通常在不可逆的病理變化發生后才被診斷出來。衰老是最強的風險因素，它驅動了導致大腦出現突觸功能障礙和蛋白質異常的分子變化。糖基化作用和細胞外基質（ECM）的重塑是連接衰老與神經退行性疾病的尚未充分研究的機制，為生物標志物的發現開辟了新的途徑。然而，基于質譜的糖蛋白組學和糖組學研究仍然存在局限性。在這里，我們優化了一種基于載玻片的組織消化工作流程，用于從小鼠和人類的5毫米腦組織中進行整合的糖組學和蛋白質組學分析，該流程采用了與數據采集無關的液相色譜-串聯質譜（LC-DIA-MS/MS）技術。該流程被應用于按年齡和性別分層的野生型小鼠（n=12）的全腦樣本，以及14例人類死后前額葉皮層組織樣本（其中8例為腦干型LBD，6例為以邊緣系統為主的LBD，部分樣本伴有AD共病）。與傳統的依賴數據采集的方法（DDA）相比，DIA方法將蛋白質、糖基化蛋白質和ECM的檢測覆蓋率提高了兩到三倍；而無需使用蛋白質庫的DIA搜索技術進一步提高了低豐度或區域特異性蛋白質的檢測能力。在衰老的小鼠大腦中，我們觀察到與突觸相關的蛋白質（如SYNPR、ZNT3和HPCA）的水平升高，以及谷氨酸能和突觸后通路的富集，這反映了與年齡相關的突觸重塑。糖組學分析顯示，隨著年齡的增長，軟骨素硫酸酯（CS）二糖的硫酸化程度發生了微妙的變化。在人類樣本中，AD-LBD腦干組織中的未硫酸化CS、4-O-硫酸化CS和總CS水平顯著降低，同時ECM、糖基化蛋白質和線粒體蛋白質的表達也出現了差異，并且線粒體通路的富集程度高于LBD腦干組織和AD-LBD邊緣系統組織。這些發現表明，AD共病對LBD的蛋白質組和糖組學特征具有區域特異性影響。總體而言，本研究建立了一個基于DIA技術的強大載玻片消化平臺，能夠從少量組織中實現高分辨率的空間糖組學和蛋白質組學分析，揭示了與神經退行性病變相關的衰老和病理特異性分子變化，為生物標志物的發現提供了框架。

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