医疗科技前沿丨阿尔兹海默症与血浆中磷脂相关性揭秘
引言
9月21日，是世界阿兹海默病(AD)日，数据显示，每3秒钟，全球就会新增一位痴呆症患者，其中约60%—70%患有阿尔茨海默病。阿兹海默、痴呆都属于老年人认知障碍的一种表现形式。与年龄相关的认知障碍，临床上表现为逐渐进行性智力退化，病理上表现为神经原纤维缠结、老年斑、神经丝或神经元丢失。老年认知障碍正在成为世界各地老龄化社会的一个严重问题。
老年认知障碍的防治是一个世界性难题，首要原因在于难以早期发现。近期，中国疾病预防控制中心宋爽博士，使用岛津质谱平台，基于全面靶向磷脂组学的思路，对认知障碍与血浆磷脂组进行了相关性研究，加深了老年认知障碍病因形成机理的理解，对疾病的早期诊断提供依据。以上成果发表在知名期刊《Nutrients》（IF=4.77）上[1]。
岛津质谱平台
研究成果快览
磷脂占大脑干物质的四分之一，它不仅为神经细胞膜提供结构和功能多样性，而且也参与神经递质和电信号的传导。已有解剖研究表明，痴呆患者脑组织中的磷脂浓度比正常人更低。然而，精确识别和量化血浆中的磷脂谱，包括类、子类和单个分子，非常具有挑战性。
研究者基于全面靶向磷脂组学的思路，对626份血浆样品中的229种磷脂分子进行了精确的定性和定量分析。以DistLM模型（Distance-based linear model）证实了磷脂组成与MoCA(蒙特利尔认知评估)评分之间的显著相关性。网络分析进一步观察到两个包含PEs的模型与MoCA得分呈正相关，一个包含LPLs的模型与MoCA评分呈负相关。此外，还发现了23种磷脂分子与MoCA评分显著相关，与空腹血糖、血脂、脂蛋白，炎症变量和同型半胱氨酸含量无关。因此，含有LC-PUFA的pPE水平的降低，LPLs水平升高是与认知功能下降相关的最显著的血浆磷脂变化，而PC、PS和SM水平的变化可能与血脂和炎症水平的变化有关。
图1 文章首页
血浆磷脂组成鉴别和定量
基于岛津三重四极杆质谱和离子阱-飞行时间质谱系统，可以轻松实现血浆磷脂定性和定量分析，相关操作参考作者已发文章[2-3]。具体为：混合血浆经氯仿/甲醇提取，HILIC-ESI-IT-TOF分离飞行，在ESI-模式下获得MS、MS2、MS3的数据，经LIPID MAPS Structure Database(LMSD)数据库检索。共鉴别出229种磷脂分子，包括62 PCs, 55 PEs, 30 SMs, 22 PSs, 19 PIs, 5 PGs, 3 PAs, 22 LPCs and 11 LPEs.
参考HILIC-ESI-IT-TOF获得碎片信息，建立了三重四级杆LCMS-8060体系的MRM方法，采用内标法，进行高灵敏度准确定量分析。
磷脂聚类与MoCA相关性研究
经加权基因共表达网络分析（WGCNA），对血浆中确定的229种磷脂分子进行聚类，如图3所示。通过Spearman's研究模块特征基因与MoCA评分的关联，与性别、种族、年龄和教育水平控制的等级相关性。蓝色/品红模块与MoCA评分之间的正相关为显著性（p<0.05），蓝色模块与MoCA评分的相关系数相对较高。此外，粉红色模块与MoCA呈负相关趋势（p=0.06）
图3：磷脂谱的加权基因共表达网络分析
A，229种磷脂分子的聚类树状图和热图相关性,色条侧和顶部分别表示11个已识别的模块。不能聚集的磷脂任何模型都标记为灰色；B，11个模块之间的相关性热图,色条左侧和底部表示模型，网格正方形表示斯皮尔曼的模型相关性系数；C，以颜色表示拓扑结构检测到的模型重叠测量
单个磷脂分子与MoCA评分的相关性
单个磷脂分子与MoCA评分的相关性采用斯皮尔曼秩相关法对相关变量进行逐步控制。结果显示，在控制性别、种族、年龄和教育水平条件下，45种磷脂分子，包括22种PEs，4种PCs，10个SMs、4个PSs、1个PI、1个LPE和3个LPC与MoCA评分显著相关。对于23种潜在标志物，通过OPLS模型进行多元回归分析。OPLS模型由一个预测分量和一个正交分量组成，确定系数R2Y=0.41，预测能力Q2=0.37，CV-ANOVA显著性P<0.001。如图4所示，MoCA得分分级结果。
图4：A，按性别、种族、年龄、教育程度和23种磷脂分子种类构建的的OPLS得分图；B，通过OPLS模型对测定和预测的MoCA得分进行回归分析
显然，老年认知障碍与体内磷脂水平有显著的相关性。为了避免认知障碍的发生，老年人应该多食用磷脂含量丰富的食物，保持体重指数在一定范围内，不宜太瘦；多从事认知活动，比如阅读、下棋等。
本研究涉及的磷脂分子数量多，且结构类似，大部分拥有相同的碎片离子，更为复杂的是，电离方式有所不同，这对于分析仪器的扫描速度和正负极性切换能力有更高的要求。岛津拥有三重四极杆质谱和高分辨质谱平台，岛津LCMS-80X0系列三重四极杆质谱拥有无与伦比的扫描速度与超快速的正负极性切换功能。单次分析，最多可实现555事件同时分析，特别是针对正负极性磷脂化合物同时分析，灵敏度高，扫描速度最快30000u/s，正负极性切换时间仅5 msec。无需正负模式两个方法，真正实现了一针进样，获得所有目标数据。
专家声音
文章通讯作者宋爽副研究员表示：
生物样本中的磷脂分子种类多、结构相似、含量差别大，其准确表征一直以来都是脂质研究中的难点。利用HILIC-ESI-IT-TOF体系能够同时实现亲水头基顺序洗脱、多重碰撞及精确质量数采集，实现更精确的磷脂分子结构鉴定。通过不同种类磷脂在HILIC-ESI-IT-TOF与HILIC-ESI-MS/MS两个体系中的碎解规律匹配，能够准确建立三重四级杆体系下的多反应监测离子对库，从而实现高灵敏度的定量分析。动辄数百种的磷脂分子的定量检测，对三重四级杆的扫描速度提出了更高的要求。另外生物样本的大批量、长时间分析非常考验质谱仪的稳定性和抗污染能力。而岛津LCMS-8060在本研究长达20天的连续分析过程中表现出色。在此特别感谢岛津分析中心在此项研究中的支持。
【参考文献】
