研究人員繪製了6000種眼部蛋白質圖譜，並開發了一個基於人工智慧的”蛋白質組時鐘”來預測年齡。這項研究揭示了某些疾病的加速老化現象，並確定了與帕金森氏症有關的蛋白質，為早期診斷提供了一條途徑。這些發現可能會徹底改變精準醫療和臨床試驗方法。

一個研究團隊透過分析手術中例行取出的小滴眼液，繪製出了眼睛內不同細胞類型的近6000種蛋白質圖譜。在最近發表在《細胞》（Cell）雜誌上的一項研究中，研究人員利用人工智慧模型從這些數據中創建了一個”蛋白質組時鐘”，可以根據蛋白質特徵預測健康人的年齡。

時鐘顯示，糖尿病視網膜病變和葡萄膜炎等疾病會導致特定細胞類型加速老化。令人驚訝的是，研究人員還在眼液中檢測到了與帕金森氏症有關的蛋白質，他們說這可能為更早診斷帕金森氏症提供了一條途徑。

「眼睛的神奇之處在於我們可以觀察內部，即時看到疾病的發生，」資深作者、史丹佛大學眼科教授、外科醫生維尼特-馬哈詹（Vinit Mahajan）說。”我們的主要重點是將這些解剖學變化與患者眼睛內部分子水平發生的變化聯繫起來”。

眼睛是一種很難在活體病人身上取樣的器官，因為它和大腦一樣，是不可再生的，而且進行組織活檢會造成無法彌補的傷害。另一種方法是使用液體活檢–從相關細胞或組織附近提取液體樣本。

雖然液體活檢可以提供相關區域存在哪些蛋白質的快照，但迄今為止，它們在測量小體積液體中的大量蛋白質方面能力有限，也無法提供哪些細胞產生哪些蛋白質的信息，而這對於診斷和治療疾病非常重要。

先進的蛋白質製圖和發現

為了繪製眼內不同類型細胞產生蛋白質的圖譜，馬哈詹的研究小組採用了一種高分辨率方法，對從接受眼科手術的患者的眼水或玻璃體中提取的120份液體活檢樣本中的蛋白質進行了表徵。他們總共鑑定了5953種蛋白質，是先前類似研究中鑑定出的蛋白質數量的十倍。利用他們開發的一款名為TEMPO的軟體工具，研究人員能夠將每種蛋白質追溯到特定的細胞類型。

為了研究疾病與分子老化之間的關係，研究人員建立了一個人工智慧機器學習模型，可以根據26種蛋白質的子集預測眼睛的分子年齡。該模型能夠準確預測健康眼睛的年齡，但顯示疾病與明顯的分子老化有關。就糖尿病視網膜病變而言，老化程度會隨著疾病的發展而增加，嚴重（增殖性）糖尿病視網膜病變患者的老化速度會加速30 年。這些老化跡像有時在患者出現潛在疾病的臨床症狀之前就能觀察到，而在治療成功的患者身上則一直存在。

研究人員還檢測到了幾種與帕金森氏症有關的蛋白質。這些蛋白質通常是在死後發現的，目前的診斷方法無法對其進行檢測，這也是帕金森氏症診斷如此困難的原因之一。透過篩檢眼液中的這些標記物，可以更早診斷帕金森氏症並進行後期治療監測。

影響和未來方向

作者說，這些結果表明，老化可能是器官甚至細胞特異性的，這可能會在精準醫學和臨床試驗設計方面取得進展。第一作者、史丹佛大學眼科醫生朱利安-沃爾夫（Julian Wolf）說：「這些發現表明，我們的器官正在以不同的速度衰老。」使用有針對性的抗衰老藥物可能是預防性精準醫療的下一步”。

馬哈詹說：”如果我們要使用分子療法，就應該對患者體內的分子進行特徵描述。我認為，根據患者的分子模式以及哪些細胞受到影響對患者進行重新分類，可以真正改善臨床試驗、藥物選擇和藥物療效。”

下一步，研究人員計劃對更多患者和更廣泛眼疾的樣本進行表徵。他們也表示，他們的方法可用於表徵其他難以取樣的組織。例如，腦脊髓液的液體活檢可用於研究或診斷大腦，滑液可用於研究關節，尿液可用於研究腎臟。