感应耦合等离子体质谱法用于评估长期锌补充对阿尔茨海默病APP/PS1小鼠模型肝脏组织的影响

时间:2026年2月6日
来源:Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy

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阿尔茨海默病(AD)中肝脏清除Aβ的作用及锌(Zn)补充长期效应研究,采用APP/PS1转基因小鼠模型,通过ICP-MS和HPLC-ICP-MS分析肝脏Cu、Fe、Mg、Zn浓度及结合物种,发现Zn补充显著影响70 kDa Cu结合组分,结合LC-MS/MS鉴定金属蛋白,验证Zn对AD的潜在调控作用。

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Marta Marina-Latorre|Lara Lobo|Enol Artime|Rosario Pereiro
奥维耶多大学物理与分析化学系,Julián Clavería 8号,33006奥维耶多,西班牙

摘要

越来越多的证据表明肝脏在清除与阿尔茨海默病(AD)相关的β-淀粉样蛋白(Aβ)中起着重要作用,这些蛋白是导致脑斑块形成的原因。锌(Zn)是许多生物功能所必需的元素,其缺乏与包括AD在内的多种神经退行性疾病的发病有关。因此,人们正在研究锌补充剂是否能够减缓与年龄相关的神经退行性疾病的进展。然而,需要严格评估锌补充剂对肝脏的长期影响,因为铜(Cu)或其他元素代谢的不平衡可能会造成危害。
为了获取关于锌补充剂效果的信息,本研究分析了16个月大的APP/PS1纯合子和杂合子小鼠的肝脏组织,比较了接受锌补充的小鼠与未接受补充的小鼠。采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术来检测元素浓度(铜、铁、镁和锌)的变化,并利用高效液相色谱(HPLC)的在线检测器结合柱后同位素稀释分析方法来确定铜和锌的结合物种。通过HPLC-ICP-MS检测发现,在大约70 kDa的铜结合组分中存在差异。为此,还通过液相色谱-质谱(LC-MS/MS)对HPLC-ICP-MS获得的色谱图中的特定区域进行了金属蛋白的鉴定。

引言

阿尔茨海默病(AD)是一种进行性的神经退行性脑部疾病,通常在症状出现时通过脑成像技术以及认知和神经学检查进行诊断。AD的治疗主要集中在缓解症状和延缓认知功能下降方面[1]。最常见的AD类型发生在晚年,其原因是由于大脑中β-淀粉样蛋白(Aβ)的沉积和积累,这与生产和清除之间的失衡有关[2],涉及多种代谢途径和分子。特别是,这些聚集体主要由两种主要的β-淀粉样蛋白Aβ-40和Aβ-42肽组成[3]。淀粉样前体蛋白(APP)由三种不同的分泌酶处理,其改变已被报道会在AD患者和转基因AD小鼠模型中导致Aβ的变化[4]。
越来越多的证据表明,AD可以被视为一种全身性疾病[5]:Aβ的稳态是一个相互关联的系统,涉及血脑屏障以及其他外周器官,如肝脏和肾脏[6][7]。特别是肝脏作为代谢最活跃的器官之一,在清除Aβ方面起着关键作用[8]。一些研究报道,在AD进展过程中,外周组织中会出现相关改变,其中肝脏是最早受到影响的器官[9]。此外,AD还与大脑中必需化合物合成受损有关的肝脏功能障碍有关[10]。同时,也发现了肝脏疾病与痴呆症之间的直接关联[11]。
关于金属在脑部疾病中的作用的研究受到了广泛关注[12][13]。特别是,大量研究集中在铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和镁(Mg)等必需金属元素及其在神经退行性疾病(包括AD)中的稳态上[14][15][16][17]。在AD患者的Aβ斑块中发现了铁和铜浓度升高的现象;这些元素被认为会与Aβ相互作用,加速肽的聚集和沉积。一些研究表明,锌补充剂可能通过锌和铜在吸收过程中的拮抗作用来降低Aβ肽的毒性[18][19]。锌还参与通过多种锌金属蛋白酶在大脑和外周器官中降解Aβ[20]。另一方面,锌被认为具有抗氧化和抗炎作用,其补充效果正在被广泛研究,以探讨其对不同与年龄相关疾病的影响[21]。因此,明确评估锌补充剂的长期效果至关重要,因为铜或其他元素代谢的不平衡可能会导致某些疾病的发生[22]。在这方面,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)在检测痕量和超痕量元素的变化方面具有巨大潜力,同时也是高效液相色谱(HPLC)中检测金属结合物种的强大工具。
利用动物模型可以为人类疾病提供一致的知识[23]。特别是,APP小鼠模型常被用于研究AD[24]。在本研究中,重点利用基于ICP-MS的技术来探讨长期锌补充剂对16个月大的APP/PS1双转基因小鼠肝脏组织的影响,比较了纯合子和杂合子小鼠。研究内容包括:(i)通过ICP-MS测定铜、铁、锌和镁的元素含量;(ii)使用与ICP-MS在线连接的尺寸排阻柱(SEC)和柱后同位素稀释分析(IDA)研究铜和锌的结合物种;(iii)通过液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)鉴定HPLC-ICP-MS获得的色谱图中的特定区域的金属蛋白。此外,还使用商业ELISA试剂盒对人和小鼠体内的Aβ42肽进行了定量分析。

实验设计与动物模型

实验设计

本研究中使用的APP/PS1双转基因小鼠B6.Cg-Tg(APPswe,PSEN1dE9)85Dbo/Mmjax最初来自杰克逊实验室(JAX库存编号#34832)。这些杂合子转基因小鼠(+/−, +/−)表达一种嵌合的小鼠/人类淀粉样前体蛋白(Mo/HuAPP695swe)和一种突变的人类早老素1(PS1-dE9),并在6到7个月大时在大脑中形成β-淀粉样蛋白沉积。小鼠生活在12小时光照-黑暗周期的环境中,同时控制湿度和温度

ICP-MS用于元素和金属结合物种研究的肝脏样品制备优化

大多数文献报告的元素浓度是基于湿组织重量计算的。
然而,在本研究中首先考虑了两种基于干组织重量的分析方法:i) 在热板上干燥至恒定重量(60°C);或ii) 冷冻干燥。尽管这些方法较慢,但它们能够提供更稳健和标准化的结果,因为不同组织和个体之间的水分含量并不相同。

结论

本研究强调了高灵敏度的ICP-MS技术在研究补充剂和/或治疗对金属稳态影响方面的关键作用,特别是针对阿尔茨海默病(AD)的小鼠模型。本研究展示了一项全面的研究,旨在评估长期锌补充剂对肝脏组织的影响。
首先评估了样品制备方法的优化。结果表明,冷冻干燥肝脏是必要的步骤。

作者贡献声明

Marta Marina-Latorre:撰写初稿、进行数据分析。
Lara Lobo:撰写、审稿和编辑、方法学设计、数据管理。
Enol Artime:方法学设计。
Rosario Pereiro:撰写、审稿和编辑、资金申请、概念框架的构建。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了以下项目的财政支持:PID2022-137319OB(single bondC21和10.13039/501100011033/FEDER和欧盟(EU)资助;以及西班牙阿斯图里亚斯自治区政府的项目IDE/2024/000694,以及欧盟通过SEKUENS机构资助的FEDER计划。M. Marina-Latorre还获得了“Severo Ochoa”资助(项目编号PA-23-BP22-183,西班牙阿斯图里亚斯自治区)。
作者感谢西班牙阿斯图里亚斯大学科学技术服务部门提供的技术支持。

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