Nat Aging丨Ribo-seq应用：人脑微肽图谱揭示阿尔茨海默病新线索

对神经退行性疾病分子机制的深入理解，要求我们全面绘制基因组的蛋白质编码产物。尽管数以千计的小开放阅读框（smORFs）在人脑中被翻译，但对其编码的微蛋白（MPs）（通常小于100-150个氨基酸）的蛋白质组学证据仍然十分有限。

由于MPs和编码它们的基因在历史上被排除在标准参考基因组数据库之外，因此在基于组学的神经生物学研究中，它们的作用在很大程度上未被探索。例如，UniProtKB已审查条目中大约10%的蛋白质短于150个氨基酸，但这一比例可能被大大低估。

"TransCODE"联盟记录了超过7,000个在人类细胞类型中活跃翻译的smORFs，其中近四分之一有质谱证据（被称为"peptideins"）。Ribo-seq核糖体印迹分析、蛋白质基因组学和基于MS的技术已开始解决MPs因短肽段少而难以检测的难题，提供了smORF翻译确实产生MPs的直接证据——这些MPs已被定位在衰老和神经退行性疾病通路中。

2026年9月14日，美国索尔克生物研究所Alan Saghatelian和Brendan Miller团队在Nature Aging上发表了题为“A microprotein atlas of the human frontal cortex in Alzheimer’s disease”的研究论文。本研究首次整合全长转录组、翻译组学、质谱与深度学习，构建了人脑微蛋白图谱，鉴定出1067个未注释微蛋白，揭示了其在阿尔茨海默病中的差异表达与独立于主ORF的调控机制，并证实MKKS编码的微蛋白在小胶质细胞生物能量学中的关键作用。

文章索引

【标题】A microprotein atlas of the human frontal cortex in Alzheimer’s disease

【发表期刊】Nature Aging

【发表日期】2026年9月14日

【作者及团队】美国索尔克生物研究所Alan Saghatelian和Brendan Miller团队

【IF】19.4

研究结果

一、老年人脑中微蛋白的质谱鉴定与图谱构建

研究人员通过组装12个背外侧前额叶皮层（DLPFC）的长读长转录组，构建了包含所有假定smORFs的自定义数据库。

利用串联质谱标签（TMT-MS）技术对610个DLPFC样本进行分析，成功鉴定出4321个微蛋白，揭示了微蛋白在基因组中的广泛分布。

二、基于多组学整合的微蛋白置信度评估框架

为解决微蛋白检测中的假阳性问题，研究整合了Ribo-seq核糖体印迹分析数据，并利用深度学习框架PROSIT预测理论碎片谱图进行比对。

通过建立包含光谱角（SA）和碎片离子覆盖率的四级置信度评分系统，成功筛选出1067个强置信度的未审阅微蛋白，克服了传统肽段计数过滤的局限性。

三、阿尔茨海默病中微蛋白的差异丰度与细胞特异性

通过对480个样本进行差异丰度分析，研究在严格和探索性模型下鉴定出多项在阿尔茨海默病（AD）中显著差异表达的微蛋白。

结合单核RNA测序（snRNA-seq）数据，发现BCL3-iORF和RAB3C N端异构体等微蛋白在小胶质细胞中特异性表达，并与AD病理相关，证实了微蛋白作为潜在生物标志物的价值。

四、一部分smORF转录本与宿主基因主开放阅读框表达解偶联

研究比对了smORFs与主开放阅读框（mORFs）的共表达谱，发现近一半的smORFs与其所在基因的mORFs表达存在解耦现象。

这种独立调控在AD患者中尤为明显，多款含有smORFs的转录本在病理状态下呈现出与主基因截然不同的变化轨迹。

五、编码微蛋白基因存在转录后剪接基序富集

针对表达解耦机制，分析表明不同类型的smORFs在剪接点附近富集了特定的RNA结合蛋白（RBP）识别基序。

这说明转录后的可变剪接而非不同启动子的使用，是导致包含smORFs与mORFs的转录本在AD组织中表达分化的关键驱动力。

六、MKKS基因座的主要翻译产物是63个氨基酸微蛋白micro-MKKS63

数据表明MKKS基因位点在人类大脑中的主要检测产物并非经典的570个氨基酸多肽，而是一个63个氨基酸的微蛋白（micro-MKKS63）。

该微蛋白不仅在症状期AD中显著下调，其表达谱还与线粒体生物学功能网络表现出强烈的共表达相关性。

七、micro-MKKS63定位于线粒体并参与小胶质细胞氧化磷酸化

通过免疫荧光和邻近标记质谱证实了micro-MKKS63内源性定位于线粒体外膜。

利用CRISPR-Cas9技术在小胶质细胞中靶向敲除该smORFs会导致细胞的基础和最大氧耗量显著下降，证明了其在维持细胞线粒体生物能代谢中的直接功能。

八、核糖体足迹和质谱为脑表达假基因提供正交证据

针对通常被认为无功能的假基因，研究结合长读长测序、特异性核糖体覆盖以及深度质谱识别证实了如ACTBP7等假基因确实被翻译。

在小胶质细胞中过表达该假基因编码的MP会改变细胞的F-肌动蛋白分布，展示了多重证据对揭示隐藏基因组功能的威力。

总结

本研究通过多组学整合打破了传统基因组注释的局限，揭示了人类大脑中隐藏的庞大微蛋白翻译网络。这些发现证明了大量短小且被忽视的开放阅读框具备独立的功能与病理相关性，为AD及相关神经退行性疾病的生物标志物与靶点发现开辟了全新视角。