撰稿 | AiBrain 内容团队

排版 | AiBrain 编辑团队

近期，美国亚利桑那州立大学Stabenfeldt教授等对创伤性脑损伤后死亡和残疾相关的分子标志物进行了详细的研究，研究结果发表在了《Science Advances》杂志上。

创伤性脑损伤（TBI）是一个日益增长的公共健康问题，每年花费估计在765亿美元。这是工业化国家儿童、年轻人死亡和残疾的主要原因，患有TBI的患者可能存在严重的长期认知和行为缺陷。

研究者通过“生物筛选”的研究方法，首先利用小鼠TBI模型进行研究，通过识别生物标记物（特定损伤或疾病中发现的独特分子指纹）开始研究TBI的根本原因；并通过揭示了关键的生物标志物，关联TBI后的急性期及慢性期。

图1 噬菌体展示生物筛选示意图。产生并纯化结构域抗体（dAb）噬菌体亲本文库，然后在不同时间点(1、7或21 )静脉注射到受控皮质撞击(CCI)或假损伤(手术后1天处死)的小鼠中。提取组织，裂解，用胰蛋白酶消化以从组织中切割噬菌体。然后用TG1大肠杆菌扩增来自同侧半球的噬菌体文库，并用于最后一轮生物筛选。然后用NGS(下一代测序)分析回收的噬菌体。

研究团队使用了一种“自下而上”的方法来发现TBI的生物标志物。随后，他们利用几种最先进的“生物筛选”工具和技术来识别和捕获分子，包括一种称为噬菌体展示系统的“诱饵”技术，用于找出潜在的目标分子，此外还有高速DNA测序以识别基因组内的蛋白质目标，以及质谱仪测序来展示各阶段的实验肽片段。

研究中存在的障碍之一就是血脑屏障(BBB)。这是一个具有独特生理学功能的网状结构，旨在保护大脑免受损伤或有害化学物质的影响。健康的个体中，BBB紧密地调节着营养物质和废物从血液与大脑的交换。然而，该屏障也使药物向大脑的递送变得复杂，使得大多数分子/药物不会被动地穿过该屏障；类似地，对于TBI或其他神经退行性疾病，基于血液选择特异性生物标志物时，从大脑到血液的转移也是一个挑战。

当TBI发生时，最初的损伤会破坏血脑屏障，从而引发一连串的细胞死亡、组织破裂。长期损伤会导致炎症和肿胀，并导致免疫反应迅速发挥作用，但也可能导致大脑能量来源受损，或可能切断大脑的血液供应，导致更多的神经元死亡和永久致残。

该研究中涉及到的实验工具和噬菌体展示系统技术的一个关键优势是，所识别的分子和潜在生物标记足够小，可以穿过BBB网络——因此，为基于这些分子的治疗开辟了道路。

图2 通过急性（A2）和亚急性期（SA1）分离的候选蛋白质

研究发现了一套只与TBI的急性或慢性期相关的独特生物标志物，在急性期，TBI靶向模体识别主要与代谢和线粒体功能障碍相关，而慢性TBI的靶向模体主要与神经退行性过程相关。

这也可能开始解释为什么TBI患者在晚年更容易患神经退行性疾病，如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症。

这一成功的发现将作为下一代靶向TBI治疗和诊断的基础。接下来，该研究团队计划进一步与临床伙伴合作，并扩大他们的研究成果，开始在人类样本中寻找这些相同的分子。

这篇文章的通讯作者Sarah Stabenfeldt教授称，TBI损伤发展的分子和细胞机制是多方面的，尚未完全阐明；这种复杂性影响了TBI诊断和治疗方案的发展；我们研究的目标是解决这些当前的限制；对于TBI来说，病理过程随着时间的推移而演变，意味着单个蛋白或受体可能在损伤的一个阶段上调，随后的时间内并不一定能维持，这种动态环境使得确定特异的目标变得复杂；研究中利用噬菌体的敏感性和特异性来发现新的靶向序列，以前已经使用了噬菌体和NGS(下一代测序)的组合，从而利用了生物信息学分析。我们研究的独特贡献是将所有这些工具放在一起，专门用于TBI体内模型的研究。

第一作者Briana博士解释道，“自上而下”的发现方法侧重于根据候选生物标志物在感兴趣的条件下的已知参与程度来评估它们，相反，“自下而上”的方法分析组织成分的变化，并将这些变化与病情联系起来。这是一种更无偏倚的方法，但可能存在识别出不是特定病理情况的风险；我们开发的生物标记检测方法足够灵敏，可以在实验的不同点对大脑损伤进行检测。

非常有趣的是，在损伤后7天检测到了与神经退行性疾病相关的蛋白质，而不是在更早的损伤后1天。事实上，我们能够观察到这些差异，确实展示了这种方法在探索脑损伤的方面非常有优势。”

Sarah Stabenfeldt，美国亚利桑那州立大学生物与健康系统工程学院副教授。

博士论文研究方向是开发创伤性脑损伤的神经组织工程疗法，获得了美国国立卫生研究院(NIH) NRSA博士后奖学金；2011年加入亚利桑那州立大学生物与健康系统工程学院担任助理教授，并领导研究团队开发针对急性神经损伤的再生医学策略 。

专长领域：纳米技术，再生医学，组织工程，创伤性脑损伤

更多详情：

https://search.asu.edu/profile/451625