首发精神分裂症患者单外泌体表面蛋白表达特征的初步研究

Author：李宗昌教授团队（中南大学湘雅二医院）       

Journal:《Schizophrenia》IF5.7

Publication Time：2024年9月

DOI: 10.1038/s41537-024-00510-z

Background

本文的研究背景聚焦于精神分裂症（Schizophrenia,SCZ）这一全球约1%人口受影响的严重精神障碍，其平均潜在寿命损失约为14.5年。尽管早期诊断和干预可以改善患者预后，但目前SCZ的诊断主要依赖精神病学家的主观评估，缺乏客观的生物标志物。此外，抗精神病药物的疗效在不同个体间存在显著差异，约40%的患者对药物反应不佳，被归类为难治性精神分裂症。

近年来，外泌体因其独特的生理功能及其在细胞通讯、突触可塑性调节和神经再生等与SCZ密切相关的生理机制中的作用而受到广泛关注。然而，以往关于SCZ中外泌体的研究多集中于外泌体总量水平，而非单个外泌体。因此，本研究采用邻近条形码分析（ProximityBarcoding Assay, PBA）这一高通量单外泌体分析方法，旨在揭示SCZ患者血浆中单个外泌体表面蛋白的表达特征，并评估其在诊断和预后中的潜力。

Methods

研究对象 患者队列：50例首次发作SCZ患者，接受3个月利培酮治疗后分为药物治疗有效组（RES，PANSS减分率>50%）和无效组（NRES），研究选取了疗效最差的10名NRES患者和疗效最好的10名RES患者，以及10名与之匹配的健康对照（HealthyControls, HCs）

Research Progress

SCZ患者（含RES和NRES）vs HC组：共有52种表面蛋白显示出显著差异l差异蛋白筛选标准：该蛋白在SCZ患者（主要是NRES）中的表达量需比健康对照（或RES）组高1.5倍及以上；其次，该蛋白或其相关基因需在既往发表的文献中与精神分裂症存在关联l基于差异蛋白筛选标准最终确定了5种差异蛋白：ü纤连蛋白1（FN1）：FN1表达的增加可能与动脉粥样硬化病变内膜增厚过程中血管平滑肌细胞的转化有关ü整合素β3（ITGB3）：调控突触可塑性，影响兴奋性突触传递强度ü血小板内皮细胞粘附分子1（PECAM1）：与内皮细胞功能密切相关，内皮功能障碍是由炎症、氧化应激和线粒体功能障碍引起的，这些因素均在SCZ的病理过程中发挥重要作用ü整合素α6（ITGA6）：参与神经元迁移üCD5：免疫调节相关l这些差异蛋白在区分精神分裂症患者与健康对照的受试者工作特征（ROC）分析中，曲线下面积（AUC）最高可达0.805

应答者（RES）vs. 无应答者（NRES）：有18种蛋白显示出显著差异   l经过筛选后，最终确定了6种符合标准的差异表达蛋白（DEPs）：ü整合素β3（ITGB3）：在突触中发挥关键作用，可通过调节兴奋性突触传递的幅度、大小和内容来影响突触强度；对于维持突触稳态可塑性也是必需的üCD33：与炎症反应相关üCD40：参与免疫调节

通过无监督机器学习算法FlowSOM，根据蛋白组学特征对外泌体进行聚类分析，共识别出13个外泌体亚群，其中两个关键亚群：lCluster12 的比例在精神分裂症患者中呈现上升趋势，从健康对照（HC）中的8.48%上升到NRES中的13.27%，再进一步上升到RES中的20.16%（SCZ与HC相比P=0.037，NRES与RES相比P=0.003，图1F）。该亚群主要表达ITGB3、PECAM1和ITGA6，提示Cluster 12 可能与精神分裂症及抗精神病药物治疗效果相关。lCluster11 的比例在精神分裂症患者中也呈现上升趋势，从健康对照中的3.57%上升到精神分裂症患者中的7.05%（P=0.031），但在RES与NRES之间无显著差异（图1E）。由于PECAM1 和ITGA6 也是该亚群的主要表达蛋白，因此Cluster 11 同样可能与精神分裂症相关。

差异表达蛋白与认知功能评分的相关性分析：l对于SCZ与HC之间的DEPs（FN1、ITGB3、ITGA6、PECAM1、CD5）：üFN1与连线测试B部分（TMTB）和Stroop色词测试A部分（SCWT-A）的完成时间呈正相关（即FN1表达越高，完成时间越长，认知表现可能越差；经FDR校正后，P值分别为P=0.004514）。üITGA6与听觉连续操作测试（CPT-Hearing）的准确性呈负相关。üPECAM1与HVLT-R和SCWT-A的评分呈负相关，与TMTB和SCWT-A的完成时间呈正相关。l对于 RES与NRES之间的DEPs（CD33、CD40、TENM2）：üCD33 与HVLT-R、迷宫任务和BVMT-R的评分呈负相关。üCD40 与HVLT-R、BASC-SC和BVMT-R的评分呈负相关。üTENM2 与WMS-III平行测试和总分呈负相关

Conclusions

本文利用一种新型的单外泌体分析方法——邻近编码分析（PBA），描绘了SCZ患者血浆中外泌体表面蛋白的表达特征。鉴定了单个外泌体上的差异表达表面蛋白，并通过ROC分析评估了它们的诊断和预后能力。此外，文章还观察到RES患者、NRES患者和健康对照组之间外泌体亚群的变化，识别出两个与SCZ相关的、以PECAM1、ITGB3、ITGA6和ITGB1表达为特征的亚群。未来需要进一步研究来验证这些潜在的生物标志物，并阐明它们在精神分裂症中的作用。