Detection of β-N-methylamino-l-alanine in postmortem olfactory bulbs of Alzheimer's disease patients using UHPLC-MS/MS: An autopsy case-series study

doi:10.1016/j.toxrep.2023.01.002

案例报告

.2023年1月6日10:87-96。

doi:10.1016/j.toxrep.2023.01.002。 eCollection 2023年。

UHPLC-MS/MS检测阿尔茨海默病患者死后嗅球中β-N-甲胺基-l-丙氨酸：一项尸检病例系列研究

苏珊娜·加拉姆塞基¹, 桑德拉·安妮·巴纳克², 琳达·L·杜克¹, 詹姆斯·梅特卡夫², 伊利亚·斯托梅尔^三 4, 柯伯尔², 大卫·A·戴维斯¹

附属公司

¹迈阿密大学米勒医学院神经病学系，迈阿密，佛罗里达州33136，美国。
²美国WY 83001杰克逊市民族医学研究所脑化学实验室。
^三达特茅斯-希区柯克医学中心神经病学系美国新罕布什尔州黎巴嫩一医学中心神经内科。
⁴美国新罕布什尔州汉诺威市达特茅斯盖塞尔医学院，邮编03755。

PMID： 36691605
预防性维修识别码：项目经理C9860447
内政部： 2016年10月10日/j.toxrep.2023.01.002

案例报告

UHPLC-MS/MS检测阿尔茨海默病患者死后嗅球中β-N-甲胺基-l-丙氨酸：一项尸检病例系列研究

苏珊娜·加拉姆塞基等。毒物代表. 2023.

.2023年1月6日10:87-96。

doi:10.1016/j.toxrep.2023.01.002。 eCollection 2023年。

作者

苏珊娜·加拉姆塞基¹, 桑德拉·安妮·巴纳克², 琳达·L·杜克¹, 詹姆斯·梅特卡夫², 以利亚·W·斯托梅尔^三 4, 柯伯尔², 大卫·A·戴维斯¹

附属公司

¹迈阿密大学米勒医学院神经病学系，迈阿密，佛罗里达州33136，美国。
²美国WY 83001杰克逊市民族医学研究所脑化学实验室。
^三达特茅斯-希区柯克医学中心神经病学系美国新罕布什尔州黎巴嫩一医学中心神经内科。
⁴美国新罕布什尔州汉诺威达特茅斯盖塞尔医学院03755。

PMID： 36691605
预防性维修识别码：项目经理C9860447
内政部： 2016年10月10日/j.toxrep.2023.01.002

摘要

简介：蓝藻水华产生的毒素可能会被雾化，通过吸入暴露增加健康风险。这些毒素对下呼吸道的健康相关影响正在得到更好的理解。然而，鼻腔暴露于氰毒素的情况仍有待研究，尤其是对于那些具有神经毒性潜力的患者。在这里，我们进行了一项病例系列研究，评估不同阶段阿尔茨海默病（AD）患者死后嗅觉组织中暴露于β-N-甲氨基-l-丙氨酸（BMAA）的情况，这是一种与神经退行性疾病相关的蓝藻毒素。

方法：嗅觉灯泡(Ob公司)在2014年至2017年期间进行的尸检中，从六名南佛罗里达州的脑供体（年龄47-78岁）收集了组织，这些供体的住所距离一个淡水尸体不到140米。使用根据同行AOAC国际指南验证的三重四极杆串联质谱（UHPLC-MS/MS）方法检测BMAA和两种BMAA异构体：2,4-二氨基丁酸（2,4-DAB）和N-（2-氨基乙基）甘氨酸（AEG）。对对侧进行定量PCROb公司评估促炎细胞因子相关基因的相对表达(白介素-6&白介素-18)，凋亡途径(CASP1公司&BCL2级)和线粒体应激(IRF1和PINK1). 对邻近的嗅道也进行了免疫组织化学检查(其他)用BMAA组织浓度评估同时发生的神经病理学。

结果：BMAA在Ob公司中位浓度为30.4 ng/g（范围<LLOQ-488.4 ng/g）。还检测到结构异构体，平均浓度为28.8 ng/g（AEG）和103.6 ng/g。此外，我们发现，BMAA组织浓度高于<LLOQ的病例也显示白细胞介素-6（3.3倍），CASP1公司（1.7倍）,和红外1（1.6倍）。反应性小胶质细胞、星形胶质细胞增生症、髓鞘病和轴突神经病变其他在BMAA组织浓度较高的病例中也观察到.

结论：我们的研究表明，蓝藻毒素BMAA可以在嗅觉通路中检测到，嗅觉通路是通向大脑的窗口，其存在可能会增加促炎细胞因子、反应性胶质细胞的发生，以及对轴突的毒性。需要进一步研究，以通过这种接触途径和增加敏感性的因素评估BMAA的毒性。

关键词：2,4-DAB，2,4-二氨基丁酸；AD，阿尔茨海默病；AEG，N-（2-氨基乙基）甘氨酸；肌萎缩侧索硬化/帕金森综合征-痴呆复合体；β-N-甲氨基-l-丙氨酸；CBs、蓝藻水华；蓝藻；蓝藻毒素；IL-6；炎症；OD，嗅觉功能障碍；Ob，嗅球；嗅觉功能障碍；Ot，嗅道；UHPLC-MS/MS、超性能液相色谱和串联质谱。

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利益冲突声明

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数字

图1
**BMAA和两种BMAA异构体。**所有化合物的分子式都是C₄H（H）₁₀N个₂O（运行）₂分子量为118.13 克/摩尔(A类)β-N-甲胺基-我-丙氨酸或BMAA；IUPAC名称：（2 S） −2-氨基-3-（甲胺基）丙酸；PubChem CID:105089(B类)2,4-二氨基丁酸或2,4-DAB；IUPAC名称：2,4-二氨基丁酸；PubChem CID:470。(C类)N-（2-氨基乙基）-甘氨酸或AEG；IUPAC名称：2-（2-氨基乙基氨基）乙酸；PubChem CID:428913。使用ChemDraw RRID:SCR_016768提取化合物。

图2
**嗅球和呼吸道解剖。**(A类)对一名患有阿尔茨海默病（91岁）的男性大脑、脑干和小脑腹侧进行粗略检查，以突出嗅球的收集和解剖(*Ob公司*)和拖拉机(*Ot公司*).Fc公司= 额叶皮层；*温度控制（Tc）*= 颞叶皮层；个人= 顶叶皮层；*婴儿床*= 小脑。(B类)面板A中显示的感兴趣区域（黑色虚线框）放大倍率较高。1:*Ob公司*用于UHPLC-MS/MS; 2:*Ob公司*用于qPCR实验和三：其他进行组织病理学分析。照片由迈阿密大学脑捐赠银行拍摄。

图3
**死后嗅球组织中BMAA和两种BMAA异构体的检测。**N-（2-氨基乙基）甘氨酸（AEG，4.7）的三重四极串联质谱（UHPLC-MS/MS）分析最小值），β-N-甲胺基-我-丙氨酸（BMAA，4.9 最小值）和2,4-二氨基丁酸（2,4-DAB，5.1 min）在死后人脑取样的嗅球中。(A类)顶部四个面板代表来自459个母质量的碰撞游离离子 *米/z*使用选择性反应监测（从上到下：总离子色谱仪，119 *米/z*，289 *米/z*, 258 *米/z*). (B类)底部面板表示内部稳定同位素BMAA标准的总离子色谱仪（0.055 ng/ml），母质量为464 *米/z*.

图4
**BMAA毒素存在于与炎症、细胞死亡和线粒体应激相关基因表达升高的个体的嗅球中。（A）**热图显示了与促炎细胞因子、凋亡和热解、炎症小体和线粒体应激有关的六个基因的折叠变化。BMAA基因表达倍数的变化^{销售时点情报系统}和BMAA^<LLOQ用内源性对照基因对病例进行标准化*GAPDH公司*和*PPIA公司*热图中的白色方块表示基线基因表达（折叠变化=1）。蓝色方块表示基因表达低于基线水平（折叠变化<1）。红色方块表示基因表达高于基线水平（折叠变化>1）。交互作用占总方差的30.59%（F（25250））= 18.87;*P（P）<*0.0001). 然而，基因表达占总方差的29.81%（F（5250））= 91.94;*P（P）<*0.0001). 最后，病例暴露占总方差的22.98%（F（5250））= 70.86;*P（P）<*0.0001). （B、C）*CASP1公司*(*P（P）=*0.0361）和*红外1*(*P（P）=*0.0167）基因表达与*白介素-6*晚期阿尔茨海默病患者的表达（红框）。认知正常（NC）个体的基因表达最低。基因表达的增加可以与每个病例的BMAA组织浓度进行比较：白色= <LLOQ（基线）；蜜露= 10–20 纳克/克；石灰= 30–40 纳克/克；苔藓= >100 纳克/克。

图5
**不同BMAA组织浓度病例的共同嗅道组织病理学。**(**A-C公司**)嗅道苏木精和伊红（H&E）染色切片(其他)从左到右BMAA组织浓度增加的阿尔茨海默病（AD）病例。病例3（BMAA:<LLOQ）显示神经纤毛相对完整，而病例5（BMAA:35.4 ng/g）和案例2（BMAA:488.4 ng/g）表现出严重的神经膜空泡化。(D类)高倍放大的H&E数字扫描显示丰富的多聚葡萄糖体，或c淀粉样雌蕊（CA），具有有组织的细胞微环境。(**E、 F类**)病例5和病例2显示神经膜空泡化、胶质增生和微环境紊乱。面板F中的黑框突出显示GFAP IHC的星形胶质细胞增生症。(**G公司**)Luxol固蓝和周期性酸性Schiff染色（LFB-PAS）显示大量CA和有髓轴突纤维。病例2和病例5表现为神经病变(**H（H）**)和髓鞘病(我)面板I中的黑框显示髓鞘的高倍图像。(**J-L公司**)Iba1免疫染色显示病例5和病例2相对于病例3存在严重的反应性小胶质细胞。(**移动运营商**)GT-38 tau免疫染色突出AD特异性tau病理。数字扫描放大5倍(**A-C公司**); 20倍(**D-L公司**); 40倍(**移动运营商**).

图6
**BMAA吸入暴露和嗅觉通路的潜在靶点。**蓝藻中雾化的BMAA颗粒可以被吸入鼻腔，在鼻腔中可以穿过嗅上皮沉积到嗅球中(奥布).在*出生日期：，*BMAA可能上调与促炎细胞因子、线粒体应激和细胞死亡相关的基因表达。BMAA和其他吸入毒素一样，可能沿嗅觉通路逆行运输，并在嗅觉通路中沉积到深鼻区。BMAA毒素在这些区域的存在可能会加剧阿尔茨海默病的临床症状。使用BioRender设计。

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