Schizophrenia：中南大学湘雅二医院贺莹揭示首次发作精神分裂症患者单一外泌体表面蛋白表达特征

精神分裂症是一种严重的精神疾病，影响全球约1%的人口，导致平均14.5年的寿命损失。尽早诊断和干预能够改善患者的预后。然而，当前的诊断主要依赖精神科医生的主观判断，缺乏客观的生物标志物。此外，抗精神病药物的疗效在个体之间存在差异，约有40%的患者对药物反应不佳，被归类为难治性精神分裂症。外泌体作为细胞间通讯的媒介，与精神分裂症的生理机制有密切关联，如调控突触可塑性和神经再生。然而，先前的研究大多关注外泌体的总体特性，未能细致分析单个外泌体的蛋白表达。本研究首次采用接近条形码分析技术，对精神分裂症患者外泌体进行单一外泌体水平的表面蛋白分析，旨在揭示不同蛋白质表达的特征，并探索其与药物反应和认知功能的相关性。

本研究获得第二湘雅医院伦理委员会批准，并征得所有参与者的书面知情同意。纳入的50名首次发作精神分裂症患者均接受了利培酮治疗，为期3个月。根据治疗效果，患者被分为抗精神病药物反应者（RES）和非反应者（NRES）。通过接近条形码分析技术（PBA），对从患者血浆中提取的外泌体进行表面蛋白质表达分析。我们选取了治疗反应最好的10名RES患者、反应最差的10名NRES患者及10名健康对照者（HC）的样本进行分析。差异蛋白的筛选标准是表达水平相较对照组增加1.5倍及以上，并且该蛋白质或基因已被报道与精神分裂症有关。

图1：SCZ患者外泌体亚群的变化

研究结果表明，在比较精神分裂症患者和健康对照者之间，检测到52种表面蛋白质存在显著差异。经过筛选后，确定了5种差异表达蛋白（DEPs），分别为FN1、ITGB3、PECAM1、ITGA6和CD5。这些蛋白在区分精神分裂症患者和健康对照者时的ROC分析中，曲线下面积（AUC）达到0.805。此外，在比较药物反应者（RES）和非反应者（NRES）时，检测到18种蛋白质的表达存在显著差异，最终筛选出6种差异蛋白，包括ITGB3、CD33、CD40、CD36、TENM2和EGFR。这些蛋白的AUC值最高达到0.87，用于区分RES和NRES患者。

此外，通过非监督机器学习算法FlowSOM对外泌体进行了聚类分析。分析结果表明，精神分裂症患者的外泌体分布与健康对照组显著不同。尤其是聚类12的外泌体在NRES和RES组中的比例分别为13.27%和20.16%，显著高于健康对照组的8.48%。聚类11的外泌体比例也在精神分裂症患者中显著增加。这些差异表达蛋白主要集中在ITGB3、PECAM1和ITGA6上，表明这些蛋白可能与精神分裂症及其治疗反应相关。

为了进一步探讨这些差异蛋白与认知功能的相关性，我们对参与者进行了认知功能评估。结果显示，在与健康对照组的比较中，FN1与某些认知功能的表现显著相关，特别是其与TMTB和SCWT-A的完成时间呈正相关。其他差异蛋白如PECAM1、ITGA6和CD5也与认知功能存在相关性，但在NRES和RES患者之间的差异并不显著。

图2：DEPs 与认知功能的相关性热图

本研究首次使用接近条形码分析技术对精神分裂症患者的单一外泌体表面蛋白进行分析，发现了多种与精神分裂症和抗精神病药物反应相关的差异蛋白。这些差异蛋白在区分精神分裂症患者与健康对照者，以及区分药物反应者和非反应者方面表现出良好的诊断能力。此外，特定外泌体亚群的比例变化可能与患者的治疗反应相关。这些发现为精神分裂症的早期诊断和个体化治疗提供了新的可能性，未来的研究应进一步验证这些生物标志物的诊断和预后价值。

原始出处：

Sijie Zhang, Aijun Liao, Yujue Wang, et al. Profiling expressing features of surface proteins on single-exosome in first-episode Schizophrenia patients: a preliminary study. *Schizophrenia*. 2024; 10:84. https://doi.org/10.1038/s41537-024-00510-z