EVtrap技术可识别尿液样本中脑细胞中的蛋白质

由普渡大学和普渡衍生公司Tymora Analytical Operations的研究人员领导的一个团队开发了一种技术，可以在尿液样本中揭示帕金森病的迹象。

这项技术使研究人员有机会观察与帕金森病有关的LRRK2(富含亮氨酸的重复激酶2)蛋白及其下游途径在帕金森患者样本中是否发生了改变。这种方法最终可能导致对其他神经退行性疾病和癌症进行广泛的无创检测。

普渡大学生物化学教授w·安迪·陶(W. Andy Tao)说:“我们相信，这是一种合乎逻辑、合理的方法，可以进一步诊断帕金森病。”“这种神经退行性疾病的诊断很困难。”他解释说，认知和运动测试可能需要一年或更长时间才能确诊，因此早期诊断和干预的分子测试可以更快地帮助帕金森病患者。

陶和来自普渡大学、蒂莫拉大学、迈克尔·j·福克斯帕金森研究基金会和哥伦比亚大学的八位合著者在《通讯医学》杂志上发表了他们的研究结果。

“这将是诊断发展的一个巨大的新领域，”合著者、Tymora总裁兼首席技术官安东·伊柳克(Anton Iliuk)预测道，“尤其是在神经退行性疾病和癌症方面。”

据估计，60岁以上人口中有1%患有帕金森病。多达100万美国人患有这种疾病，每年有9万新病例被诊断出来。

该论文的合著者包括生物化学博士生Marco Hadisurya;电气与计算机工程博士生Kananart Kuwaranancharoen;2022年在普渡大学获得化学博士学位的吴晓峰;李丽，泰莫拉分析操作;李政志，西拉斐特初中/高中;Roy Alcalay，医学博士，哥伦比亚大学;以及资助这项研究的迈克尔·j·福克斯基金会的沙利尼·帕德马纳班。

几年前，Padmanabhan读到Iliuk和Tao关于尿液分析的EVtrap(细胞外囊泡完全回收和净化)方法的一些工作，并提出合作，该项目开始了。

“当我回顾他们之前发表的数据时，”Padmanabhan说，“有趣的是，我注意到一种重要的帕金森病相关蛋白LRRK2的表达。这引起了我的兴趣，因为这种方法为我们提供了一个机会，可以确定LRRK2蛋白或它们影响的下游途径在携带基因突变的帕金森病患者的尿液样本中是否真的发生了改变。”

2017年，陶领导的一个团队开发了一种可能检测乳腺癌的血液检测方法。在这项工作中，陶和他的同事比较了从乳腺癌患者和健康对照组中提取的样本。

陶说:“我们发现了磷酸化蛋白，这是癌症的典型标志。”在这些蛋白质中，研究小组发现了细胞外囊泡，这是细胞用作分子传递系统的小包裹。这一发现表明，产生磷蛋白的血液样本可以作为早期癌症诊断或监测疾病进展的潜在标记物。

该团队能够使用Tymora开发的EVtrap方法从尿液样本中快速分离出囊泡。

2011年在普渡大学获得生物化学博士学位的Iliuk说:“我们已经将这种方法用于许多适应症，主要集中在不同癌症的生物标志物发现和验证上。”Iliuk和Tao共同创立了Tymora Analytical公司，专门从事检测生物体液中疾病生物标志物的技术和服务。

“这种分析为非侵入性诊断的发展开辟了一个新的前沿。这表明以前被认为无法检测到的生物标志物已经被发现，并且在区分疾病和非疾病状态方面做得非常好，”Iliuk说。“尿液是否是基于大脑的化学物质或特征的来源并不明显，但它确实是。这些电动汽车很容易穿透血脑屏障。”

从大脑输出到血液后，它们被浓缩或过滤到尿液中。但是，通过脊髓穿刺从大脑中采集这些生物标记物是一种高度侵入性的过程。

“特别是对于早期诊断，这不是首选的抽样方法，”陶说。尿样中含有可能是疾病标志物的蛋白质，但许多蛋白质具有与疾病无关的家政功能。

“细胞外囊泡提供了一种关注疾病标志物的方法，因为它们是由某些类型的细胞释放的，”他说。

在众多研究LRRK2影响的方法中，追踪其生物学途径是其中之一，这可以通过分析尿液、血液和脑脊液来完成。EVtrap方法提供了一种简单的方法来跟踪尿液的变化，这些变化被许多临床研究所收集。

哥伦比亚大学的LRRK2生物银行研究拥有大量的尿液样本，可用于有意义的帕金森病研究。哥伦比亚大学的合著者Alcalay提供了许多样本，他也帮助将EVtrap数据与临床数据联系起来。在《交流医学》的研究中，研究小组研究了携带和不携带LRRK2基因突变的人，以及患有和不患有这种疾病的患者的样本。

Padmanabhan指出:“这项研究还强调，尿蛋白的变化可以作为帕金森病等脑部疾病中蛋白质特征变化的代表。”

在这项研究之前，一个国际研究小组在2021年发表在《EMBO分子医学》杂志上的一篇论文显示，尿液样本中的LRRK2和大脑蛋白质之间存在联系。这项研究由德国马克斯·普朗克生物化学研究所的马蒂亚斯·曼恩领导，帕德马纳班和哥伦比亚大学的阿尔卡莱共同撰写。

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Quantitative proteomics and phosphoproteomics of urinary extracellular vesicles define putative diagnostic biosignatures for Parkinson’s disease