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追蹤眼內(nèi)“時鐘”，他們繪制近六千種蛋白質(zhì)圖譜
作者：馮維維 來源：中國科學(xué)報
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你知道嗎？人眼里藏著一個“時鐘”，可以預(yù)測眼睛的年齡，甚至是預(yù)測一個人的健康狀況。
美國科學(xué)家通過分析手術(shù)期間常規(guī)獲取的眼液，繪制了近6000種不同眼內(nèi)細胞類型的蛋白質(zhì)圖譜。他們借助人工智能模型利用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建了一個“蛋白質(zhì)時鐘”，可以預(yù)測健康人眼睛的分子年齡。相關(guān)研究近日發(fā)表于《細胞》。
令人驚訝的是，該時鐘不僅揭示了糖尿病視網(wǎng)膜病變和葡萄膜炎等疾病會引起特定細胞類型的加速衰老。在眼液中檢測到的與帕金森病相關(guān)的蛋白質(zhì)，或能為早期診斷帕金森病提供一條途徑。
追蹤眼液“密碼”
“眼睛的一個神奇之處是，我們可以實時觀察到疾病的發(fā)生。“論文通訊作者、斯坦福大學(xué)眼科學(xué)教授和外科醫(yī)生Vinit Mahajan說。
這讓Mahajan和團隊希望將解剖學(xué)變化與患者眼睛內(nèi)分子水平變化聯(lián)系起來�！�
然而，眼睛和大腦一樣，是不可再生器官，在活體中進行采樣非常困難，組織活檢將導(dǎo)致不可逆的損傷。
采用液體活檢，即從感興趣的細胞或組織附近取樣眼液，是一種替代方案。不過，盡管液體活檢可以提供相關(guān)區(qū)域蛋白質(zhì)情況，但卻無法提供哪些細胞產(chǎn)生了哪些蛋白質(zhì)的信息，這對于診斷和治療疾病至關(guān)重要。
為了繪制眼睛內(nèi)不同類型細胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)圖譜，Mahajan團隊使用了一種高分辨率方法來表征120個液體活檢中的蛋白質(zhì)，這些液體活檢取自接受眼科手術(shù)患者的水狀體或玻璃體。
研究人員鑒定出5953種蛋白質(zhì)，是之前類似研究中已經(jīng)確定的蛋白質(zhì)數(shù)量的10倍。他們使用自己創(chuàng)建的名為TEMPO的軟件工具，將每種蛋白質(zhì)追溯到特定的細胞類型。
助力精準(zhǔn)醫(yī)療
如何判斷某種疾病與眼睛分子衰老之間的關(guān)系呢？研究人員構(gòu)建了一個人工智能機器學(xué)習(xí)模型，可以根據(jù)26種蛋白質(zhì)的子集準(zhǔn)確預(yù)測健康眼睛的分子年齡，并能顯示出疾病與分子衰老的顯著相關(guān)性。
例如，對于糖尿病視網(wǎng)膜病變患者而言，隨著疾病進展，眼睛衰老程度增加，對于嚴(yán)重患者，這種衰老加速了多達30年。這些衰老跡象有時可在患者出現(xiàn)潛在疾病的臨床癥狀之前觀察到，并且在成功治療的患者身上持續(xù)存在。
研究人員還檢測到與帕金森病相關(guān)的幾種蛋白質(zhì)。通常這些蛋白質(zhì)是在患者死后的尸檢中鑒定出來的，目前的活體診斷無法檢測它們，這也是帕金森病診斷如此困難的原因之一。研究人員表示，在眼液中篩查這些標(biāo)志物可能實現(xiàn)對帕金森病的早期診斷和后續(xù)治療監(jiān)測。
這些結(jié)果表明眼睛衰老可能是器官甚至細胞特異性的，這可能促進精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和臨床試驗設(shè)計的進展。“這說明我們的器官以不同的速度衰老。”論文第一作者、斯坦福大學(xué)眼科學(xué)者Julian Wolf說，“使用針對衰老的靶向藥物可能是預(yù)防性、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的下一步�！�
Mahajan則表示，在發(fā)現(xiàn)疾病跡象后，如果要使用分子療法，需要描述患者體內(nèi)的分子特征。而根據(jù)患者的分子模式和哪些細胞受到影響來對患者進行重新分類，可以真正改善臨床試驗、藥物選擇和藥物效果。
下一步，研究人員計劃從更多的患者和更廣泛的眼病中提取樣本。他們還表示，該方法可以用于對其他難以采樣的組織進行分析。例如，腦脊液液體活檢可以用于研究或診斷大腦，滑液可以用于研究關(guān)節(jié)，尿液可以用于研究腎臟。
相關(guān)論文信息：
http://doi.org/10.1016/j.cell.2023.09.012
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