Das diagnostische Potenzial amyloidogener Proteine ​​Teil 3

4.5. Kombinierte Erkennung

Neurodegenerative Erkrankungen haben viele gemeinsame Symptome und pathologische Mechanismen. Insbesondere können Aggregate desselben amyloidogenen Proteins bei Menschen vorkommen, die von verschiedenen Formen der Neurodegeneration betroffen sind [151].

Mit zunehmendem Alter zeigt die körperliche Gesundheit allmählich Anzeichen von Verschlechterung und Alterung. Unter diesen ist die neurodegenerative Erkrankung eine schwere Krankheit, die die körperlichen Funktionen, das Intelligenzniveau und das Gedächtnis der Menschen beeinträchtigt. Wir müssen jedoch nicht frustriert und ängstlich sein, denn es gibt viele Möglichkeiten, das Auftreten neurodegenerativer Erkrankungen zu verzögern. Gleichzeitig ist es auch sehr wichtig, unsere Mentalität anzupassen und eine positive Lebenseinstellung zu bewahren. In diesem Artikel wird der Zusammenhang zwischen neurodegenerativen Erkrankungen und dem Gedächtnis untersucht und einige wirksame Möglichkeiten zur Verbesserung des Gedächtnisses aufgezeigt, damit wir ein gesundes, glückliches und erfülltes Leben führen können.

Neurodegenerative Erkrankungen sind Erkrankungen des Nervensystems, wie etwa die Alzheimer-Krankheit, die Parkinson-Krankheit und die Huntington-Krankheit. Diese Krankheiten beeinträchtigen in der Regel das Gedächtnis der Menschen und äußern sich darin, dass sie kürzliche Dinge vergessen, dieselben Aufgaben wiederholen und allmählich die Kontrolle über die täglichen Angelegenheiten verlieren. Um das Auftreten dieser Symptome zu vermeiden, müssen wir einige aktive Maßnahmen ergreifen, wie zum Beispiel:

1. Bleiben Sie gesund. Eine gute körperliche Verfassung ist eine der besten Möglichkeiten, neurodegenerativen Erkrankungen vorzubeugen. Moderate Bewegung kann die körperliche Funktion verbessern und die Blut- und Sauerstoffversorgung des Gehirns aufrechterhalten. Darüber hinaus sind auch gesunde Essgewohnheiten sehr wichtig, die ausreichend Nährstoffe und Energie liefern können, um den Körper gesund zu halten.

2. Trainieren Sie Ihr Gehirn aktiv. Wenn wir unser Gedächtnis erhalten wollen, müssen wir unser Gehirn regelmäßig trainieren. Dazu kann das Erlernen neuer Dinge, Spiele und Aktivitäten gehören, die die kognitiven Fähigkeiten des Gehirns herausfordern, oder sogar die Stimulation des Gehirns durch die Teilnahme an sozialen Aktivitäten. Diese Aktivitäten können die Bildung neuer neuronaler Verbindungen fördern und das Gehirn flexibel und belastbar halten.

3. Behalten Sie eine positive Lebenseinstellung bei. Auch psychologische Faktoren spielen eine Schlüsselrolle bei der langfristigen Prävention neurodegenerativer Erkrankungen. Ein fröhlicher, positiver und optimistischer Mensch wird oft weniger von negativen Faktoren beeinflusst und behält mit größerer Wahrscheinlichkeit eine gute körperliche und geistige Gesundheit. Eine positive Lebenseinstellung kann neue Aufmerksamkeits- und Denkweisen fördern und zur Verbesserung des Gedächtnisses beitragen.

Kurz gesagt, die Vorbeugung neurodegenerativer Erkrankungen ist eine langfristige Aufgabe, die regelmäßige Aufmerksamkeit für die körperliche und geistige Gesundheit erfordert. Durch eine gesunde Ernährung, moderate Bewegung und eine positive Denkweise können wir unsere innere Stärke und Widerstandskraft stärken und dem Auftreten neurodegenerativer Erkrankungen wirksam vorbeugen. Gleichzeitig sollten wir eine optimistische, positive und glückliche Einstellung bewahren und ein gesundes, glückliches und erfülltes Leben genießen. Es ist ersichtlich, dass wir unser Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche auch das Gleichgewicht von Neurotransmittern regulieren kann, beispielsweise durch die Erhöhung des Acetylcholinspiegels und der Wachstumsfaktoren, die für das Gedächtnis und das Lernen sehr wichtig sind. Darüber hinaus kann Cistanche deserticola die Durchblutung verbessern und die Sauerstoffversorgung fördern, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Gehirn ausreichend Nährstoffe und Energie erhält, wodurch die Vitalität und Ausdauer des Gehirns verbessert werden.

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Beispielsweise können A- und p-Tau-Aggregate auch bei Patienten mit DLB und -syn-Aggregate bei Patienten mit AD gefunden werden. Das gleichzeitige Auftreten von A, -syn und Tau lässt auf eine Überlappung zwischen AD, Tauopathien und Synucleinopathien schließen [152].

Amyloidaggregate können auch bei Menschen vorhanden sein, die keine Krankheitssymptome zeigen [151]. Diese Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass die Überwachung eines einzelnen amyloidogenen Proteins allein in manchen Fällen möglicherweise nicht ausreicht, um eine genaue Diagnose zu stellen.

In verschiedenen Studien wurde die diagnostische Leistung der gemeinsamen Überwachung der Konzentrationen verschiedener amyloidogener Proteine ​​untersucht (Tabelle 2). Beispielsweise war die Quantifizierung der CSF-Konzentrationen von p-Tau181, das das phosphorylierte Thr181 trägt, und des Verhältnisses A 42/A 38 in der Lage, AD von anderen neurodegenerativen Erkrankungen zu unterscheiden [66,104].

Eine kürzlich an einer Kohorte von 4444 Teilnehmern über 14 Jahre durchgeführte Studie konnte die Plasmaspiegel von NFTs und A 42 mit dem Risiko für die Entwicklung von AD und Demenz aller Ursachen in Verbindung bringen [153]. Darüber hinaus könnte die Analyse der CSF-Spiegel sowohl von Gesamt-Syn als auch von Gesamt-Tau bei der Identifizierung von Synukleinopathien im Vergleich zu anderen neurodegenerativen Erkrankungen helfen [68].

Neuere Arbeiten haben gezeigt, dass die Bestimmung des Verhältnisses von oligomerem -syn/gesamtem -syn, p- -syn129 und p-tau181 im Liquor die Identifizierung von PD-Patienten aus Kontrollen ermöglichte [154].

Es wurde auch gezeigt, dass ein Anstieg der Glykation, der -syn-Tyr-39-Nitrierung und des pTyr125 sowie eine Abnahme der SUMO-1-Spiegel in Blutproben mit der Parkinson-Krankheit verbunden waren [117].

Schließlich wurde festgestellt, dass die Konzentration des Gesamt-TDP-43 im Liquor und das Verhältnis Gesamt-Tau/pThr181-Tau ALS/FTD-Patienten von gesunden Kontrollpersonen unterscheiden [155]. In Tabelle 2 fassen wir zusammen die wichtigsten Proteine, die in Kombination zu diagnostischen Zwecken überwacht werden können.

5. Jüngste Fortschritte in der Erkennungstechnologie

Aufgrund ihrer erschwinglichen Kosten und der Möglichkeit, sie problemlos mit hohem Durchsatz herzustellen, sind Immunoassays wie ELISA und Immunblotting die am häufigsten verwendeten Techniken zur Quantifizierung der Konzentration amyloidogener Proteine ​​in Körperflüssigkeiten und -geweben.

Es werden auch andere Ansätze verwendet, darunter PET, MS und Mikroskopie, und neuartige Nachweistechnologien mit Ultraempfindlichkeit entstehen. Ein wichtiges Beispiel ist MS.

Ein kürzlich etabliertes Kapillarisotachophorese-Elektrospray-Ionisations-MS konnte pikomolare Konzentrationen von A nachweisen [157]. In einer anderen Studie konnte ein automatisiertes klinisches Massenspektrometer verschiedene A-Varianten im Liquor im Multiplex-Verfahren nachweisen [158]. Bemerkenswert ist, dass beide Ansätze frei von Antikörpern waren und keinen Immunanreicherungsschritt erforderten.

A 42/A 40-Verhältnisse im CSF könnten auch durch einen LC-MS/MS-Assay mit hoher klinischer Sensitivität bestimmt werden [159]. Zu den Vorteilen der MS gehören eine kleine Probengröße, schnelle Durchlaufzeit, breite Anwendbarkeit und Sensitivität.

Die Einzelpartikelanalyse von Amyloiden kann mit mikroskopischen Methoden durchgeführt werden, einschließlich Fluoreszenz-, Rasterkraft- und Elektronenmikroskopie. Insbesondere ermöglichen fluoreszenzbasierte Methoden den hochempfindlichen Nachweis einzelner Amyloidfibrillen und Oligomere bei neurodegenerativen Erkrankungen. Darüber hinaus bieten hochauflösende Methoden Einblicke in strukturelle Eigenschaften und Oberflächenhydrophobie [17].

Die Nanoporenerkennung ist eine nicht-optische Technik, die kürzlich nachweislich die Einzelmolekülanalyse von Polymerproteinen ermöglicht und auf Amyloide und Oligomere ausgeweitet werden könnte [160,161].

Bei der Nanoporen-Sensorik wird ein Biomolekül durch eine Nanopore transportiert, die in einer dünnen dielektrischen Membran eingebettet ist, die zwei Kammern mit Elektrolyten trennt. Bestimmte Konformationen des Biomoleküls können bei seiner Translokation durch die Nanopore durch die Analyse der Änderung der Ionenleitfähigkeit der Pore charakterisiert werden [162,163].

Andere neuere Methoden umfassen Amyloid-Seeding-Assays, wie z. B. die zyklische Amplifikation von Proteinfehlfaltungen [164] und die durch Beben induzierte Konvertierung in Echtzeit (RT-QuIC) [165]. In diesen Tests werden die Zusammensetzung und die Anzahl der Amyloide in biologischen Proben durch die Fähigkeit dieser Proben bestimmt, die Aggregation eines rekombinanten Monomer-Amyloid-Proteins mithilfe von ThT-basierten Aggregationsmessungen zu induzieren.

Diese Tests wurden für mehrere amyloidogene Proteine ​​etabliert. Insbesondere der RT-QuIC-Assay für -syn zeigte eine hohe diagnostische Sensitivität für PD und DLB [165]. Sowohl MS- als auch mikroskopische Techniken erfordern eine hochentwickelte Instrumentierung.

ELISAkits für mehrere Biomarker, einschließlich A 42, p-Tau, Gesamt-Tau und -syn, sind im Handel erhältlich. Die Einrichtung des ELISA kann jedoch arbeitsintensiv sein und die Empfindlichkeit ist begrenzt. Es wurden verschiedene hochempfindliche ELISA-Techniken entwickelt. Forscher haben beispielsweise die Gesamt-syn-Konzentration in Körperflüssigkeiten mithilfe immobilisierter Lipide gemessen [166].

Außerdem wurde ELISA mit anderen Nachweistechnologien gekoppelt, beispielsweise mit der neuartigen plattenbasierten Elektrochemilumineszenz [167]. Dieser Ansatz ermöglichte eine deutlich verkürzte Verarbeitungszeit bei geringerem Probenvolumenbedarf und gleichzeitiger Verarbeitung mehrerer Biomarker [167]. Neben der Elektrochemilumineszenz wurde auch ein digitaler ELISA mit Einzelmolekül-Array-Technologie (Simoa) entwickelt.

Es wird berichtet, dass diese Methode eine erhöhte Empfindlichkeit für den A 42-Nachweis im menschlichen Plasma (im pM-Bereich) aufweist [168]. Darüber hinaus wurde ein oberflächenbasierter Fluoreszenzintensitätsverteilungsanalyse-Assay (sFIDA) entwickelt, der einem Sandwich-ELISA ähnelt, bei dem A-Oligomere auf dem Plasma immobilisiert wurden funktionalisierte Glasoberfläche über Antikörper, abgebildet durch hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie [169].

Die Multi-Analyte Profiling (xMAP)-Plattform hebt sich aufgrund ihrer Multiplexfähigkeit von einer Vielzahl von Ansätzen ab.

Mit einem halbautomatischen Assay könnte eine gleichzeitige Quantifizierung von bis zu 100 Proben in einem einzigen Assay erreicht werden. Studien ergaben, dass xMAP-Daten für Gesamt-Tau, p-Tau, A 40 und A 42 gut mit forschungsbasierten ELISA-Werten mit höherer Sensitivität und Spezifität korrelierten [170].

Die Immunpolymerase-Kettenreaktion (I-PCR) nutzt Echtzeit-PCR (auch als quantitative PCR bekannt), um die Nukleinsäureamplifikation mit Antikörper-basierten Tests zu kombinieren und so die Empfindlichkeit herkömmlicher Immuntests um das Zehn- bis {{5}-Fache zu erhöhen.

Die Forscher quantifizierten mehrere phosphorylierte Tau-Epitope mittels I-PCR in Liquor [171] und entwickelten einen Anano-I-PCR-Ansatz, der mit einem Tau-spezifischen monoklonalen Antikörper funktionalisierte Goldnanopartikel zur Quantifizierung des gesamten Tau in Liquorproben nutzte [172]. Der in mikrodissezierten Neuronen vorhandene Gesamt-A 40-Gehalt konnte auch mithilfe der I-PCR mit hoher Empfindlichkeit und Nachweisweite quantifiziert werden [173].

Diese Technik eignet sich für kleine Probenmengen, liefert schnell Ergebnisse und kann für Multiplexing geeignet sein. Die Point-of-Care-Diagnose (POC) ist zweifellos ein aufkommender Trend.

Dieser Ansatz ermöglicht die Entwicklung herkömmlicher ELISA, Luminex xMAP und qPCR zu kostengünstigen, tragbaren und benutzerfreundlichen POC-Geräten [174]. Der papierbasierte ELISA ist die einfachste Möglichkeit zur POC-Diagnostik.

6. Schlussfolgerungen und mögliche zukünftige Richtungen

Krankheitsbiomarker stellen eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung präziser diagnostischer Ansätze dar. In diesem Aufsatz haben wir diskutiert, welches Potenzial amyloidogene Proteine ​​als Biomarker für neurodegenerative Erkrankungen haben, und haben Nachweistechnologien zur Bestimmung ihrer Konzentrationen im Körper beschrieben (Abbildung 3).

Neben genetischen Mutationen sind viele PTMs und spezifische Konformationen amyloidogener Proteine ​​mit Krankheiten verbunden und erweisen sich als potenzielle Biomarker (Tabellen 1 und 2). In diesem Zusammenhang sind unter allen aggregierten Konformationen die Oligomere hervorzuheben, die hochtoxisch sind und als Hauptakteure bei der Entstehung und dem Fortschreiten der Krankheit gelten.

Die Verwendung amyloidogener Proteine ​​als Biomarker ist mit Herausforderungen verbunden. Erstens haben neurodegenerative Erkrankungen einige wichtige pathologische Mechanismen gemeinsam, darunter die Bildung von Aggregaten durch dasselbe amyloidogene Protein (z. B. können bei Patienten mit DLB A- und p-Tau-Ablagerungen gefunden werden) [152].

Dies macht es schwierig, eine Form der Neurodegeneration von einer anderen zu unterscheiden, basierend auf dem Nachweis eines bestimmten amyloidogenen Proteins allein. Darüber hinaus sind amyloidogene Proteine ​​im ZNS schwer zugänglich und ihre Konzentrationen in unzugänglichen Körperflüssigkeiten unterliegen insbesondere in den frühen Stadien der Erkrankung deutlichen Schwankungen.

Unserer Meinung nach sind vielversprechende diagnostische Strategien, die diese Probleme überwinden können, solche, die auf dem Nachweis mehrerer amyloidogener Proteine ​​oder Proteinmerkmale basieren (Abschnitt 4.5).

Darüber hinaus könnten amyloidogene Proteine ​​in Verbindung mit anderen Arten von Biomarkern, beispielsweise Metaboliten, überwacht werden. Jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass Stoffwechselwege von der Neurodegeneration betroffen sind, und es wurden Erkennungsplattformen für die Erstellung von Stoffwechselprofilen entwickelt [175].

Beispielsweise wurden Kernspinresonanz und MS erfolgreich eingesetzt, um Stoffwechselveränderungen in Zellsystemen [176], postmortalen Gehirnproben [177] und Liquor von Patienten [178] zu bestimmen.

Kombinierte Ansätze könnten auch neuropsychologische Untersuchungen und Neuroimaging beinhalten. Darüber hinaus können amyloidogene Proteine ​​auch in Körperregionen neben dem ZNS und Körperflüssigkeiten nachgewiesen werden.

Beispielsweise wurden aggregierte Formen von -syn im Verdauungssystem von PD-Patienten gefunden [179]. Die diagnostische Relevanz dieses Befundes ist zweifach: Er zeigt, dass auch andere Körperteile auf potenzielle Biomarker der Neurodegeneration untersucht werden können [180]; Dies impliziert auch, dass Patienten möglicherweise Symptome/Störungen zeigen, die nichts mit der neurodegenerativen Erkrankung zu tun haben, sondern für eine frühzeitige Diagnose herangezogen werden könnten.

Sensitivität und Spezifität sind wichtige Merkmale von Nachweistechnologien für amyloidogene Proteine. In den Abschnitten 4.3 und 5 haben wir mehrere vielversprechende Ansätze beschrieben, die sich derzeit in der Entwicklung befinden.

Diese basieren auf Biosensoren, Einzelmoleküldetektion und molekularen Sonden (z. B. Antikörpern). Aus unserer Sicht bergen insbesondere antikörperbasierte Ansätze großes Potenzial, da sie den Nachweis in komplexen Gemischen ermöglichen. Darüber hinaus können Antikörper entwickelt werden, die auf verschiedene Proteinmerkmale abzielen, einschließlich PTMs und Konformationen (z. B. die Oligomere).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass amyloidogene Proteine ​​attraktive potenzielle Biomarker für Neurodegeneration sind. Ihr diagnostischer Erfolg ist mit der Entwicklung kombinierter Erkennungsstrategien verknüpft, die andere Arten von Biomarkern, Organsystemen und hochempfindlichen Technologien einbeziehen.

Autorenbeiträge: Erstellung des Originalentwurfs durch Schreiben, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA; Schreiben-Rezension und Bearbeitung, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Finanzierung: Wir danken UK Research and Innovation (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), der Alzheimer's Society, UK (Grant 511) und Alzheimer's Research UK (ARUK-PG2019B-020) für die Unterstützung.

Erklärung des Institutional Review Board: Nicht zutreffend.

Einverständniserklärung: Nicht zutreffend.

Danksagungen: Die Abbildungen wurden mit ChemDraw v19.1 und Biorender.com erstellt (abgerufen am 5. April 2021).

Interessenkonflikte: FAA ist Erfinder des Patents PCT/GB2020/051965.

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