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PLA技术在神经系统疾病检测中的应用突破与临床价值

2025-7-1 10:50| 编辑: 归去来兮| 查看: 91| 评论: 0|来源: 小桔灯网 | 作者:净姐

摘要: 高灵敏度与特异性,可检测低丰度生物标志物

PLA技术在CSF生物标志物检测中的应用


1. 高灵敏度与特异性,可检测低丰度生物标志物

检测极限低:PLA技术结合DNA信号放大(如滚环扩增),可检测飞摩尔级(fM)浓度的生物标志物。例如,在检测Aβ原纤维时,PLA比传统ELISA灵敏度高25倍[1]


特异性识别蛋白复合物:通过双抗体识别邻近表位,仅当目标蛋白形成复合物时产生信号,避免单体干扰。如在AD研究中,PLA可特异性检测tau -泛素复合物,而不受单体tau影响[2]


区分病理状态:在肌萎缩侧索硬化(ALS)患者CSF中,PLA检测到follistatin、IL-1α和KLK5等蛋白水平显著降低,与对照组差异显著[3]


2. 多维度检测能力,覆盖多种病理过程

同时检测多种生物标志物:如NULISAseq CNS panel通过PLA衍生技术,可同时检测116种与神经退行性疾病相关的蛋白,涵盖炎症、血管损伤、突触功能等标志物[4]


追踪病理进展:在阿尔茨海默病(AD)中,PLA可检测早期tau多聚体,早于传统磷酸化tau抗体(如 AT8)检测到的神经原纤维缠结[5]


 关联影像学病理:PLA检测的CSF神经丝轻链(NFL)水平与MRI皮层厚度、PET tau沉积显著相关,可作为neurodegeneration的标志物[6]


3. 适用于微量样本,减少临床取样负担

 样本用量少:仅需20μL CSF即可完成多重检测(如 NULISAseq),相比传统方法(如Western blot需50-100μL)更适合临床微量样本[4]

 兼容多种样本类型:可用于新鲜、冷冻或福尔马林固定的CSF样本,且不受血液污染干扰[1]


4. 技术流程优化,提升临床实用性

 快速检测:部分PLA流程(如固相PLA)可在30分钟内完成抗体激活,1小时内完成寡核苷酸偶联,总检测时间< 4小时[1]

 自动化与高通量:如NULISAseq结合NGS测序,可实现数百样本的批量分析,降低人工操作误差[4]


技术流程优化,提升临床实用性


1. 与ELISA / 免疫荧光(IF)的对比

维度

PLA技术

ELISA/IF

灵敏度

高(飞摩尔级,

如1fM)

中(皮摩尔级,

1-10pM)

特异性

高(仅识别复合物,避免单体交叉反应)

中(依赖抗体特异性,易受单体干扰)

多重检测

可multiplex

单次仅检测1-2种

标志物

空间定位

可定位组织 / 细胞内复合物

(如原位PLA)

仅能检测总蛋白,

无空间信息

样本用量

少(1-20μL CSF)

多(50-100μL)

技术难度

较高

(需制备抗体-DNA探针与扩增设备)

低(设备普及,试剂成本低)


2. 与质谱(MS)的对比

维度

PLA技术

质谱(MS)

检测范围

靶向检测已知标志物(需抗体开发)

非靶向全蛋白质组分析

灵敏度

高(飞摩尔级,适用于低丰度蛋白)

中(纳摩尔级,依赖样本预处理)

定量准确性

高(基于DNA扩增,线性动态范围>6个数量级)

中(受离子化效率影响,定量需标样)

临床适用性

适合常规诊断(流程短,自动化程度高)

适合研究发现

(耗时,需专业数据分析)

成本

中(抗体与测序成本)

高(设备昂贵,维护成本高)


3. 与单分子阵列(Simoa)的对比

维度

PLA技术

Simoa

检测原理

邻近依赖

DNA连接+滚环扩增/qPCR扩增

单分子荧光计数

多重检测

可multiplex

单次仅检测1-4种

标志物

相关性

与Simoa在p-tau217等标志物检测中高度相关(ρ=0.88)

单指标高灵敏度

(如p-tau217 AUC=0.93)

技术成熟度

需抗体-寡核苷酸偶联,还未商业化

商业化试剂盒成熟,操作简便


总结:PLA 技术的核心优势与局限


优势

灵敏度与特异性的平衡:既能检测低丰度复合物,又能通过双抗体识别避免假阳性,优于单一依赖抗体亲和力的技术(如ELISA)。

多重检测与病理分型:适合同时分析炎症、血管、突触等多维度标志物,为疾病早期分型(如ADvs脑血管病)提供依据。

临床转化潜力:样本用量少、流程快速,可适配床旁检测(如ALS患者CSF中NFL的实时监测)。


局限

 抗体依赖性:需开发高特异性抗体,对新标志物检测存在滞后性(相比质谱的发现能力)。

信号解读复杂性:PLA信号强度与复合物丰度的线性关系需进一步标准化,避免临床误判。


未来发展方向


 优化多重检测panel:结合机器学习,筛选最具诊断价值的标志物组合(如AD中的tau-PLA+NFL+炎症因子)。

 联合影像学技术:将PLA与PET/MRI结合,实现 “分子 - 结构” 双重验证,提升病理分期准确性。

 低成本化与自动化:开发微流控芯片集成PLA流程,降低检测成本,推动临床普及。


参考文献

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[1] Kamali-Moghaddam M, Pettersson FE, Wu D, Englund H, Darmanis S, Lord A, Tavoosidana G, Sehlin D, Gustafsdottir S, Nilsson LN, Lannfelt L, Landegren U. Sensitive detection of Aβ protofibrils by proximity ligation--relevance for Alzheimer's disease. BMC Neurosci. 2010 Oct 5;11:124. doi: 10.1186/1471-2202-11-124. PMID: 20923550; PMCID: PMC2959092.

[2] Romero-Fernandez W, Carvajal-Tapia C, Prusky A, Katdare KA, Wang E, Shostak A, Ventura-Antunes L, Harmsen HJ, Lippmann ES, Fuxe K, MacGurn JA, Borroto-Escuela DO, Schrag MS. Detection, visualization and quantification of protein complexes in human Alzheimer's disease brains using proximity ligation assay. Sci Rep. 2023 Jul 24;13(1):11948. doi: 10.1038/s41598-023-38000-4. PMID: 37488165; PMCID: PMC10366145.

[3] Lind AL, Wu D, Freyhult E, Bodolea C, Ekegren T, Larsson A, Gustafsson MG, Katila L, Bergquist J, Gordh T, Landegren U, Kamali-Moghaddam M. A Multiplex Protein Panel Applied to Cerebrospinal Fluid Reveals Three New Biomarker Candidates in ALS but None in Neuropathic Pain Patients. PLoS One. 2016 Feb 25;11(2):e0149821. doi: 10.1371/journal.pone.0149821. PMID: 26914813; PMCID: PMC4767403.

[4] Zeng X, Lafferty TK, Sehrawat A, Chen Y, Ferreira PCL, Bellaver B, Povala G, Kamboh MI, Klunk WE, Cohen AD, Lopez OL, Ikonomovic MD, Pascoal TA, Ganguli M, Villemagne VL, Snitz BE, Karikari TK. Multi-analyte proteomic analysis identifies blood-based neuroinflammation, cerebrovascular and synaptic biomarkers in preclinical Alzheimer's disease. Mol Neurodegener. 2024 Oct 10;19(1):68. doi: 10.1186/s13024-024-00753-5. PMID: 39385222; PMCID: PMC11465638.

[5] Bengoa-Vergniory N, Velentza-Almpani E, Silva AM, Scott C, Vargas-Caballero M, Sastre M, Wade-Martins R, Alegre-Abarrategui J. Tau-proximity ligation assay reveals extensive previously undetected pathology prior to neurofibrillary tangles in preclinical Alzheimer's disease. Acta Neuropathol Commun. 2021 Jan 28;9(1):18. doi: 10.1186/s40478-020-01117-y. PMID: 33509301; PMCID: PMC7844979.

[6] Vervuurt M, Kuiperij HB, de Kort AM, Kersten I, Klijn CJM, Schreuder FHBM, Verbeek MM. Proximity extension assay in cerebrospinal fluid identifies neurofilament light chain as biomarker of neurodegeneration in sporadic cerebral amyloid angiopathy. Alzheimers Res Ther. 2024 May 14;16(1):108. doi: 10.1186/s13195-024-01473-0. PMID: 38745197; PMCID: PMC11092079.



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