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长期以来，阿尔茨海默病研究领域的科学家主要聚焦于基因、蛋白与细胞层面，但有一类分子始终未被纳入主流研究范畴：微蛋白。这类由小开放阅读框（small open reading frame, ORF）编码、氨基酸长度通常不超过150的小分子蛋白，此前难以被检测和研究。但越来越多的证据表明，微蛋白在生理稳态维持与疾病发生发展中发挥重要作用。
近日，索尔克研究所的研究人员构建了全球首份涵盖阿尔茨海默病患者与健康人群的人类额叶皮层微蛋白图谱。相关研究题为《阿尔茨海默病患者人类额叶皮层微蛋白图谱》，发表于《自然·衰老》（Nature Aging）。该资源整合了死后脑组织样本的转录组学、质谱数据及深度学习预测光谱，可识别标准蛋白目录中被遗漏的微蛋白。
索尔克研究所教授、Frederik Paulsen讲席教授、该研究的资深共同通讯作者Alan Saghatelian博士在新闻稿中表示：“目前我们尚未完全解析健康衰老的分子机制，对于微蛋白而言更是如此，这类分子已经被无意忽略了数十年。我们构建的图谱为科学家系统研究衰老与神经退行性疾病中的微蛋白功能提供了工具，有望推动我们进一步理解并攻克阿尔茨海默病、帕金森病等神经疾病。”
Saghatelian向《基因工程与生物技术新闻》（GEN）透露，这项研究的出发点源于蛋白质组注释的固有局限性：“所有参考蛋白质组的构建都基于预设排除小开放阅读框（smORFs）的基因模型，因此我们的首要目标非常明确：构建一个可识别这些序列的检索数据库，并将其应用于目前已有的深度人脑蛋白质组学数据。”
该图谱基于数百例阿尔茨海默病患者与健康对照的死后人类额叶皮层样本数据构建，其中部分样本来自宗教秩序研究/记忆与衰老项目队列。研究团队利用自主开发的计算工具（包括Saghatelian实验室开发的人工智能微蛋白识别工具ShortStop），对已有的原生转录组和质谱数据进行分析。
该研究的第一共同通讯作者、Saghatelian实验室博士后研究员Brendan Miller博士表示：“我们整合上述技术工具，对近500例脑样本的已公开数据进行重分析，发现了多个新型微蛋白。我们构建了一个全新的可下载数据库，可供研究人员用于更好地解析基因功能。”
根据论文内容，研究人员共识别出1067个此前未被表征、未纳入经审核的通用蛋白质知识库（UniProtKB）条目、且有高置信度光谱支持的微蛋白。其中部分微蛋白在阿尔茨海默病样本与非阿尔茨海默病样本中的表达存在差异，研究显示阿尔茨海默病样本中的细胞整体微蛋白表达水平更高。
随后研究人员聚焦于小胶质细胞（已知小胶质细胞会随衰老与神经退行性病变发生功能改变）开展分析，发现MKKS基因座的一个小开放阅读框编码的63个氨基酸长度的微蛋白是该基因座的主要翻译产物，且在阿尔茨海默病中表达下调。当研究人员敲除小胶质细胞中编码该微蛋白的基因后，小胶质细胞的线粒体呼吸功能受损，提示该微蛋白参与调控小胶质细胞的能量代谢。
MKKS相关研究结果也凸显了仅依赖经典蛋白注释体系的局限性。Saghatelian补充道：“这一普遍现象带来的结论值得警惕：一个基因座上丰度最高、组织特异性最强的蛋白产物，很可能是未被现有注释体系收录的分子。”
他同时提醒，不能默认图谱中识别的所有微蛋白都具有生物学功能：“对于表达的微蛋白有两种解读方式：它可能只是一个标志物，提示其编码基因的转录或剪接过程发生紊乱，而肽段本身不发挥功能；也有可能是具有生物学活性的分子，其功能与该基因座的经典蛋白产物完全不同。”
上述研究结果提示微蛋白与阿尔茨海默病中的免疫细胞功能异常存在潜在关联。Saghatelian表示：“人们有时会默认我们已经完全解析了人类基因组，知晓细胞可编码的所有基因——但事实并非如此。人类的认知边界在不断拓展，这份微蛋白图谱将极大地推动生命科学领域的微蛋白相关研究。” 除阿尔茨海默病研究外，这份公开的图谱还可作为参考框架，用于绘制其他脑区、其他组织及其他疾病背景下的微蛋白表达谱。
专业注释
- 微蛋白：由小开放阅读框编码、长度≤150个氨基酸的小分子蛋白
- UniProtKB：国际权威的通用蛋白质注释知识库
- 小胶质细胞：中枢神经系统内的固有免疫效应细胞