新的液体活检方法为无创帕金森病检测提供了潜力

由 普渡大学 和普渡衍生公司 Tymora Analytical Operations的研究人员领导的团队 开发了一种技术，可以揭示尿液样本中的帕金森病迹象。

该技术使研究人员有机会了解与帕金森病相关的 LRRK2(富含亮氨酸重复激酶 2)蛋白及其下游通路在帕金森病患者的样本中是否发生了改变。该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。

“我们相信这是一种推进帕金森病诊断的合乎逻辑且合理的方法，” 普渡大学生物化学教授 W. Andy Tao说。“诊断这种类型的神经退行性疾病很困难。” 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认诊断，因此用于早期诊断和干预的分子测试可以更快地帮助帕金森氏症患者。

Tao 和来自 Purdue、Tymora、 Michael J. Fox 帕金森研究基金会和 哥伦比亚大学的 八位合著者 在Communications Medicine杂志上发表了他们的发现。

Tymora 总裁兼首席技术官、共同作者 Anton Iliuk 预测：“这将成为诊断发展的一个新领域，尤其是神经退行性疾病和癌症。”

据估计，仅帕金森病就影响了 60 岁以上人口的 1%。多达 100 万人患有这种疾病，而每年诊断出 90,000 例新病例。

该论文的合著者包括生物化学博士生 Marco Hadisurya;Kananart Kuwaranancharoen，电气和计算机工程博士生 ;2022年在普渡大学获得化学博士学位的吴晓峰;Li Li，Tymora Analytical Operations;Zheng-Chi Lee，西拉斐特初中/高中; Roy Alcalay，医学博士，哥伦比亚大学;和资助这项工作的迈克尔·J·福克斯基金会的 Shalini Padmanabhan。

几年前，在 Padmanabhan 阅读了 Iliuk 和 Tao 关于用于尿液分析的 EVtrap(细胞外囊泡总回收和纯化)方法的一些工作并提出合作后，该项目开始了。

“当我回顾他们之前发表的数据时，”Padmanabhan 说，“有趣的是注意到一种重要的帕金森病相关蛋白 LRRK2 的表达。这激起了我的兴趣，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通路是否在携带该基因突变的帕金森病患者的尿液样本中发生了实际改变。”

2017 年，Tao 带领一个团队开发了 一种可以检测乳腺癌的血液检测方法。在那项工作中，Tao 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。

“我们确定了磷酸化蛋白，这是癌症的典型标志，”陶说。在这些蛋白质中，研究小组发现了细胞外囊泡，即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志物。

该团队能够使用 Tymora 开发的 EVtrap 方法快速从尿液样本中分离出囊泡。

2011 年在普渡大学获得生物化学博士学位的 Iliuk 说：“我们已经将该方法用于多种适应症，主要关注不同癌症的生物标志物发现和验证。”Iliuk 和 Tao 共同创立了 Tymora Analytical，该公司专门研究检测生物体液中疾病生物标志物的技术和服务。

“这种分析开辟了无创诊断发展的新领域。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。“尿液是大脑化学物质或特征的来源并不明显，但确实如此。这些 EV 可以很容易地穿透血脑屏障。”

从大脑输出到血液后，它们被浓缩或过滤到尿液中。但是，通过脊椎穿刺从大脑中采集此类生物标志物是一种高度侵入性的程序。

“特别是对于不是首选采样方法的早期诊断，”陶说。尿样含有可能是疾病标志物的蛋白质，但许多尿样具有与疾病无关的管家功能。

“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。

研究 LRRK2 影响的众多方法之一是追踪其生物学途径，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，尿液是为许多临床研究收集的。

哥伦比亚大学的 LRRK2 生物样本库研究拥有大量尿液样本，可用于有意义的帕金森病研究。哥伦比亚大学的共同作者 Alcalay 提供了许多样本，他还帮助将 EVtrap 数据与临床数据相关联。对于传播医学研究，该团队研究了来自有和没有 LRRK2 基因突变的人以及患有和没有患病的患者的样本。

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发生的蛋白质特征变化的代表。”

该研究是在 2021 年由国际研究人员团队发表在 EMBO 分子医学杂志上的一篇论文之后进行 的，该论文显示了 LRRK2 与尿液样本中脑蛋白之间的联系。该研究由德国马克斯普朗克生物化学研究所的 Matthias Mann 领导，Padmanabhan 和哥伦比亚大学的 Alcalay 是合著者。