TgF344-AD转基因大鼠脂质组学指纹揭示阿尔茨海默病中性别、年龄与疾病依赖的脂质代谢差异

《Metabolomics》：Lipidomic fingerprints reveal sex-, age-, and disease-dependent differences in the TgF344-AD transgenic rats

本研究针对阿尔茨海默病（AD）早期诊断机制不明确的难题，通过脂质组学技术分析TgF344-AD转基因大鼠血浆中751种脂质随年龄、性别和疾病进展的动态变化。研究发现鞘磷脂（SM）、磷脂酰胆碱（PC）等脂质类别存在显著的性别差异，中期（25-50周）出现AD相关鞘磷脂代谢紊乱，并构建出区分AD与野生型的预测模型（AUC=0.75）。该研究为AD早期生物标志物发现和机制研究提供了重要脂质组学依据。

　　

随着全球老龄化进程加速，阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）已成为威胁老年人健康的重大公共卫生问题。这种神经退行性疾病不仅导致进行性认知功能下降，更给患者家庭和社会带来沉重负担。令人担忧的是，目前针对AD的有效治疗手段仍然有限，近年来获批的Aduhelm（aducanumab）和Leqembi?（lecanemab）等药物虽能延缓疾病进展，但对早期干预的效果仍有待提升。更棘手的是，AD的病理变化在临床症状出现前数十年就已开始，而现有诊断方法如脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）检测和正电子发射断层扫描（positron emission tomography, PET）存在侵入性强、费用高昂等局限，难以用于大规模早期筛查。

在AD复杂的病理机制中，脂质代谢紊乱被认为是最早期的神经病理特征之一。脂类物质不仅是细胞膜的重要组成成分，更参与细胞信号传导、炎症反应等关键生理过程。然而，由于人类AD研究面临伦理限制和漫长观察周期等挑战，科学家们将目光转向动物模型。TgF344-AD转基因大鼠模型因其能模拟人类AD的关键病理特征——包括β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）沉积、tau蛋白过度磷酸化、神经炎症和进行性记忆障碍——而成为理想的研究平台。特别值得注意的是，这种模型在24周左右开始出现记忆障碍，约60周时表现出显著认知缺陷，为研究AD早期发展过程提供了独特窗口。

荷兰莱顿大学的研究团队开展了一项系统性研究，通过先进脂质组学技术追踪TgF344-AD大鼠血浆脂质变化规律。研究人员选取12、25、50和85周四个关键时间点，对73只AD模型大鼠和68只野生型（wild-type, WT）对照进行纵向分析，共定量检测751种脂质分子。这项精心设计的研究首次在TgF344-AD模型中全面揭示脂质代谢与AD发展的关联，研究成果发表于代谢组学领域权威期刊《Metabolomics》。

研究采用超高效液相色谱-质谱联用（UPLC-MS/MS）技术平台，结合多重反应监测（multiple-reaction monitoring, MRM）模式对血浆样本进行脂质组学分析。样本前处理采用甲基叔丁基醚（methyl tert-butyl ether, MTBE）液-液萃取法，覆盖13类脂质包括鞘磷脂（sphingomyelin, SM）、磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine, PC）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine, PE）等。统计分析采用广义逻辑回归模型（generalized logical regression models, GLM）评估脂质差异，并通过逐步特征选择构建AD预测模型。

3.1 血浆脂质组学数据的主成分分析

主成分分析（principal component analysis, PCA）显示，年龄相关变化沿第二主成分（PC2）方向分离，野生型和转基因组均随年龄增长呈现正向移动。脂质类别分布分析表明，二十烷类、内源性大麻素和鞘磷脂与PC2呈正相关，而溶血磷脂和二十烷类呈负相关。第一主成分（PC1）主要反映甘油三酯（triglycerides, TGs）、磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺的变异。

3.2 TgF344-AD与WT大鼠的差异丰度脂质

校正年龄和性别因素后，发现40种脂质在AD大鼠中显著改变，其中25种甘油三酯、SM(d36:4)、SM(d34:3)等鞘磷脂以及PC(16:1/18:0)等磷脂显著上调，仅甘氨胆酸（glycocholic acid, GCA）下调。SM(d36:4)变化最为显著（p=2.5E-03），表明鞘磷脂代谢在AD进程中扮演重要角色。

3.3 AD大鼠脂质丰度变化早于WT

在AD发病关键期（25-50周），鞘磷脂在25周时显著上调（如SM(d36:2) p=4.45E-03），至50周则转为下降趋势。二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid, DHA）在两个时间点均显示变化，提示ω-3脂肪酸代谢早期受累。值得注意的是，亚油酸代谢产物和初级/次级胆汁酸比值在AD大鼠中更早达到谷值（25周 vs WT 50周），表明AD加速了正常衰老相关的代谢变化。

3.4 性别相关的脂质差异

研究鉴定出54种与性别相关的脂质，其中4种胆汁酸、6种鞘磷脂和18种甘油三酯在雄性大鼠中更丰富，而6种长链甘油三酯、α-亚麻酸（alpha-linoleic acid）、PE(O-16:0/22:5)等在雌性中更高。在25周龄AD雄性组中鞘磷脂显著升高，50周时雌性组磷脂酰胆碱差异更为明显。雨云图显示磷脂酰胆碱在12周WT和25周AD组中存在明显性别分离，提示性别特异性脂质代谢模式。

3.5 通过逐步回归开发AD预测模型

全年龄段预测模型（包含年龄、性别和脂质变量）区分AD与WT的曲线下面积（area under curve, AUC）达0.75，显著优于仅使用脂质数据的模型（AUC=0.71）。关键预测因子包括PC(16:0/19:0)、PE(18:1/20:3)、SM(d29:1)等。中期模型（25-50周）性能相对较低（AUC=0.68），可能与样本量减少有关。两个模型共同识别出TDCA/DCA、15-HETrE/DGLA等核心脂质标志物。

本研究通过系统性脂质组学分析，揭示了TgF344-AD大鼠模型中年龄、性别和疾病特异性脂质代谢规律。研究发现鞘磷脂代谢紊乱是AD早期显著特征，且脂质变化轨迹在AD模型中较正常衰老提前出现。性别差异分析提示雌性大鼠更易出现ω-3和ω-6脂肪酸代谢异常，这与人类AD研究中女性患者易感性高的观察一致。预测模型的成功构建证明了血浆脂质组学在AD早期识别中的潜力。

特别值得注意的是，本研究发现的溶血磷脂酸（lysophosphatidic acids, LPAs）变化与人类AD研究结果高度吻合，而次级/初级胆汁酸比值升高也与阿尔茨海默病神经影像计划（Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, ADNI）数据相互印证，强化了TgF344-AD模型与人类疾病的翻译相关性。研究人员也指出该研究的局限性，包括未涉及其他神经退行性疾病对照，以及缺乏脑组织验证等。

这项研究首次在TgF344-AD大鼠模型中建立全面的脂质组学图谱，为理解AD脂质代谢失调机制提供了重要见解。研究所确定的脂质标志物不仅有助于早期诊断生物标志物开发，更为干预脂质代谢通路延缓AD进展提供了新思路。未来整合脑组织、CSF的多组学数据将进一步揭示脂质代谢在AD中的核心作用，推动精准医疗策略发展。