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神经元的一个决定性特征是其分隔为胞体、树突和轴突。轴突高度特化，适于长距离信号传导，但在神经退行性变背景下也表现出独特的脆弱性，这意味着其具有特化的轴突蛋白质组。然而，由于难以分离出足够数量且纯度高的轴突材料以进行常规质谱分析，对轴突的深入蛋白质组学表征一直受到限制。在本研究中，我们将基于微流控的轴突—胞体分离方法与 Orbitrap Astral 质谱仪上的数据非依赖性采集质谱（DIA-MS）相结合，对人诱导多能干细胞（iPSC）来源的皮层神经元进行区室分辨蛋白质组的深度分析。我们在胞体—树突区室中定量检测到超过9,000种蛋白质，在轴突区室中检测到约6,000种蛋白质；据我们所知，这代表了迄今报道最深入的人类轴突蛋白质组。差异丰度分析鉴定出1,250种轴突富集蛋白，这些蛋白显著富集于与轴突相关的通路，包括囊泡介导的运输、突触囊泡动力学以及细胞骨架组织。 将该流程进一步应用于 iPSC 来源的下位运动神经元后，我们揭示出一组由皮层神经元与下位运动神经元共享的417种核心轴突富集蛋白，同时还发现了亚型特异性的轴突特征，而这些功能差异只有通过区室限制性分析才能显现出来。我们展示了对遗传性痉挛性截瘫和肌萎缩侧索硬化症这两类神经退行性疾病相关基因的广泛覆盖，从而建立了一个定量参考框架，用于阐释疾病相关突变如何可能差异性地影响轴突与胞体—树突区室的蛋白质稳态。该流程与资源可方便地应用于其他神经元亚型和疾病模型，为研究健康与疾病状态下轴突蛋白质组动态变化铺平了道路。
stefan.hauser{at}dzne.de
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摘要
神经元的一个决定性特征是其区室化结构，包括胞体、树突和轴突。轴突高度特化，负责长距离信号传导，但在神经变性背景下也表现出独特的脆弱性，这提示其具有特化的轴突蛋白质组。然而，由于难以分离出足量且纯净的轴突材料以进行常规质谱分析，对轴突蛋白质组的深入表征一直受到限制。
在此，我们将基于微流控的轴突-胞体分离与 Orbitrap Astral 质谱仪上的数据非依赖采集质谱（DIA-MS）相结合，对人诱导多能干细胞（iPSC）来源皮层神经元的区室分辨蛋白质组进行深度分析。我们在胞体-树突区室中定量检测到超过 9,000 种蛋白质，在轴突区室中检测到约 6,000 种蛋白质；据我们所知，这代表了迄今报道最深入的人类轴突蛋白质组。差异丰度分析鉴定出 1,250 种轴突富集蛋白，这些蛋白显著富集于轴突相关通路，包括囊泡介导运输、突触囊泡动力学以及细胞骨架组织。
将这一工作流程扩展至 iPSC 来源的下运动神经元后，我们揭示了一组由皮层神经元和下运动神经元共享的 417 种核心轴突富集蛋白，同时也发现了亚型特异性的轴突特征，而这些功能差异只有通过区室限制性分析才能显现。我们展示了与神经退行性疾病遗传性痉挛性截瘫和肌萎缩侧索硬化症相关基因的广泛覆盖，从而建立了一个定量参考框架，用于解释疾病相关突变如何可能差异性地影响轴突与胞体-树突区室的蛋白质稳态。
该工作流程及资源可方便地应用于其他神经元亚型和疾病模型，为研究健康与疾病状态下轴突蛋白质组动态变化铺平了道路。
利益冲突声明
作者声明不存在竞争性利益。
已声明的资助信息
德国联邦研究、技术与航天部， https://ror.org/04pz7b180 ，01GM1905A ，01GM2209F
Tom Wahlig 基金会 ，资助给 AD、SH
医学科学院 ，SBF009\1160
版权
持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
本作品依据 CC-BY 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 7 月 19 日。
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通过微流控分离和 DIA-MS 对人 iPSC 来源神经元进行深度轴突蛋白质组学分析
Clemens M Sauter ， Zac Sandy ， Milena Korneck ， Vincent Albrecht ， Melanie Kraft ， Ramakrishnan Sivasubramanian ， Barbora Kuttichova ， Jared Sterneckert ， Ludger Schoels ， Alexandra Davies ， Stefan Hauser
bioRxiv 2026.07.17.739061； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.17.739061
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通过微流控分离和 DIA-MS 对人 iPSC 来源神经元进行深度轴突蛋白质组学分析
Clemens M Sauter ， Zac Sandy ， Milena Korneck ， Vincent Albrecht ， Melanie Kraft ， Ramakrishnan Sivasubramanian ， Barbora Kuttichova ， Jared Sterneckert ， Ludger Schoels ， Alexandra Davies ， Stefan Hauser
bioRxiv 2026.07.17.739061； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.17.739061
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.17.739061v1?rss=1
🏷️ 轴突蛋白质组 微流控分离 DIA质谱 iPSC来源神经元 神经退行性疾病