阿爾茨海默病生物標(biāo)記物的研究進(jìn)展

魏 艷 謝兆宏 許繼平 畢建忠 (山東大學(xué)第二醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，山東 濟(jì)南 250033)

阿爾茨海默病(AD)是一種慢性進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，是最常見的癡呆類型，其發(fā)病率逐年增加，在許多國家已成為主要的公共衛(wèi)生問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球超過7 000萬人有不同程度的癡呆，其中AD超過50%〔1〕。雖然近年來對(duì)AD的發(fā)病機(jī)理有了深入了解，但其確切的病因和發(fā)病機(jī)制仍不清楚。目前診斷仍以臨床和神經(jīng)心理學(xué)評(píng)估為基礎(chǔ)，若要確認(rèn)診斷，與其他原因的癡呆鑒別，正如美國神經(jīng)病學(xué)及語言障礙和卒中研究所——AD及相關(guān)疾病深地(NINCDS-ADRDA)標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要病理學(xué)或遺傳學(xué)支持。然而，AD發(fā)病有較長的臨床前期，可為治療提供一個(gè)時(shí)間窗，以延緩或阻止病情進(jìn)展，因此AD的早期治療很重要，關(guān)鍵在于早期診斷。

早期生物標(biāo)記物不僅可以提高診斷的準(zhǔn)確性，還可監(jiān)控AD的神經(jīng)退變和疾病進(jìn)展程度，評(píng)價(jià)治療效果。在AD的研究過程中，生物標(biāo)記物不僅可以補(bǔ)充最初傳統(tǒng)的神經(jīng)心理和影像等指標(biāo)，還可能會(huì)提示抗癡呆藥物的重要作用機(jī)理。因此，開發(fā)并研究AD的生物標(biāo)記物具有重要的臨床及現(xiàn)實(shí)意義。理想的AD生物標(biāo)記物應(yīng)當(dāng)可以檢測(cè)神經(jīng)病理學(xué)的基本特點(diǎn)，其敏感性和特異性均應(yīng)超過80%，還應(yīng)具有可靠，可重復(fù)性好，無創(chuàng)，易實(shí)施等特點(diǎn)〔2〕。尋找AD的生物學(xué)指標(biāo)應(yīng)圍繞其基本病理過程如老年斑(senile plaques，SP)的形成、細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NTFs)、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、脂質(zhì)代謝異常、血管病變等進(jìn)行。

1 β-淀粉樣蛋白(Aβ)相關(guān)的生物學(xué)標(biāo)記物

AD的典型病理變化之一老年斑是Aβ、早老素、載脂蛋白E(ApoE)等在細(xì)胞外組成的相對(duì)不可溶解的5～10 nm厚的淀粉樣纖維，周圍有萎縮的軸突、反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞和激活的小膠質(zhì)細(xì)胞，其中Aβ是SP的主要成分。Aβ主要在神經(jīng)元產(chǎn)生，來自于淀粉樣前體蛋白(Amyloid precursor protein，APP)溶蛋白性裂解的產(chǎn)物。可溶性的Aβ在血液和腦脊液中都有發(fā)現(xiàn)，這使得Aβ及其相關(guān)代謝產(chǎn)物有希望成為候選標(biāo)記物。這些生物學(xué)標(biāo)記物包括APP亞型、β－淀粉樣前體蛋白裂解酶1(β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1，BACE1)、Aβ亞型、Aβ自身抗體和Aβ寡聚體等。

1.1 APP亞型 因外周循環(huán)的APP 95%以上存在于血小板中，故血小板中APP異構(gòu)體蛋白的代謝變化受到廣泛關(guān)注。大量研究表明〔3〕，血小板APP異構(gòu)體在AD的發(fā)病過程中起重要作用，其降解產(chǎn)生的Aβ聚合體可以損傷突觸和神經(jīng)元。Zainaghi等〔4〕通過Western印跡方法來測(cè)定分析AD患者、輕度認(rèn)知功能障礙(Mild cognitive impairment，MCI)患者和正常老年對(duì)照外周循環(huán)血中血小板APP130-和110-片段的含量比值(APP異構(gòu)體比值)，發(fā)現(xiàn)與MCI和正常對(duì)照組相比，AD患者中此比值顯著降低，而MCI與正常對(duì)照組之間卻并無顯著差異，由此提示APP作為AD候選標(biāo)記物的可能性。但由于技術(shù)上的局限性及不易于大樣本檢測(cè)，與血漿中Aβ水平研究相比，該研究較少受人注重。

1.2 BACE1 BACE1啟動(dòng)Aβ的生成，成為AD主要的治療靶點(diǎn)。越來越多的證據(jù)〔2〕顯示，隨著AD病情的發(fā)展，患者大腦BACE1水平也會(huì)隨之升高。Devi等〔5〕通過比較BACE1敲除小鼠和AD轉(zhuǎn)基因小鼠模型，發(fā)現(xiàn)敲除小鼠BACE1基因不僅可以在早期豁免記憶力下降，延緩海馬中區(qū)膽堿能神經(jīng)變性現(xiàn)象，還能顯著降低 Aβ42和β-分泌酶水解產(chǎn)生的 C-末端(C99)。Mulder等〔6〕研究發(fā)現(xiàn)，BACE1在腦脊液中的活性與AD患者大腦病理變化相關(guān)。上述研究結(jié)果提示BACE1對(duì)AD的早期診斷是很有價(jià)值的。但是，目前的研究僅限于小樣本，尚未見大樣本、多中心的臨床研究，因此，BACE1能否成為可靠的AD的生物學(xué)標(biāo)記仍有待進(jìn)一步研究。

1.3 Aβ亞型 Aβ并不是一個(gè)單分子，而是一系列含有不同氨基酸的分子肽家族，其中Aβ42和Aβ40是SP的主要成分，另外，在人體液中還至少可測(cè)得6種 Aβ亞型，包括 Aβ37，Aβ38，Aβ39，Aβ41 等〔7〕。目前為止研究較多的是腦脊液及血漿中Aβ42和Aβ40兩種亞型。

1.3.1 腦脊液Aβ亞型 腦組織中Aβ的聚集和沉積是AD最主要的病理學(xué)特征，提供了Aβ亞型成為AD標(biāo)記物的可能性。到目前為止〔2〕，已經(jīng)報(bào)道了30多個(gè)有關(guān)腦脊液中Aβ42含量的分析研究。大多數(shù)結(jié)果表明，AD患者腦脊液中Aβ42的含量與正常對(duì)照組相比降低50%，在鑒別AD與正常對(duì)照的平均敏感性與特異性都高于85%，而且發(fā)現(xiàn)在精神疾病，如抑郁癥，和其他一些神經(jīng)疾病，如帕金森病(Parkinson's disease，PD)和核上性麻痹等，腦脊液中Aβ42均處于正常水平。然而，有1%的額顳葉癡呆和血管性癡呆中可以發(fā)現(xiàn)輕到中度降低，這提示了腦脊液Aβ42在AD與其他神經(jīng)精神疾病方面鑒別的特異性，但單一應(yīng)用Aβ42尚不足以應(yīng)用于AD與其他神經(jīng)退化機(jī)制的癡呆鑒別。因此，應(yīng)該注重腦脊液Aβ42與其他標(biāo)記物一起聯(lián)合應(yīng)用，尤其是Aβ42與tau蛋白聯(lián)合，在AD早期有很高的敏感性、特異性和預(yù)測(cè)價(jià)值，可以用來當(dāng)作AD臨床前期的標(biāo)記物。

與Aβ42相比，AD患者腦脊液中Aβ40的含量則不變或略有增加，但多數(shù)研究表明Aβ42/Aβ40比值降低，這種降低比Aβ42水平的降低更顯著，此兩項(xiàng)指標(biāo)的聯(lián)合應(yīng)用對(duì)AD早期診斷更有意義。隨著研究的深入，越來越多的Aβ亞型被發(fā)現(xiàn)。最近 Mulugeta〔8〕通過對(duì) AD、路易體癡呆(dementia with Lewy bodies，DLB)、PD 和非癡呆對(duì)照組的研究發(fā)現(xiàn)，Aβ42/Aβ38 比值在鑒別 AD與 DLB方面最佳，敏感性達(dá)到78%，特異性67%。此項(xiàng)研究表明雖然單一的測(cè)量結(jié)果缺乏準(zhǔn)確性，但腦脊液Aβ38與Aβ42聯(lián)合應(yīng)用有助于AD與DLB的鑒別診斷。這使得Aβ38成為潛在的AD生物標(biāo)記物，其確切的應(yīng)用價(jià)值還有待于進(jìn)一步研究。

1.3.2 血漿Aβ亞型 雖然腦脊液是最理想的檢測(cè)標(biāo)本，但由于其樣本采集的有創(chuàng)性而影響了其廣泛應(yīng)用，因而研究血液中AD的生物標(biāo)志物就具有重要意義。新出現(xiàn)的證據(jù)〔9〕顯示腦脊液和血漿中的Aβ通過受體介導(dǎo)的雙向運(yùn)輸而達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，血漿中Aβ含量在一定程度上可以反應(yīng)Aβ的代謝程度。研究發(fā)現(xiàn)在家族性AD患者中，發(fā)病以前血漿Aβ水平表現(xiàn)為升高，隨著病情的進(jìn)展而漸下降。而最近的研究發(fā)現(xiàn)，Aβ40含量的升高及Aβ42含量的降低和癡呆的風(fēng)險(xiǎn)性之間是有關(guān)聯(lián)的。在一項(xiàng)縱向研究中〔10〕，通過對(duì)AD門診病人4年以上的隨訪，發(fā)現(xiàn)血漿Aβ40、Aβ42含量及超敏C-反應(yīng)蛋白的變化與進(jìn)展的認(rèn)知功能障礙是相關(guān)的，表明血漿Aβ與其他潛在標(biāo)記物聯(lián)合應(yīng)用可提高其敏感性和特異性。但也有研究表明，血漿Aβ濃度值在AD和正常人間重疊很多，在AD診斷上不具有充分的敏感度和特異性，但有可能作為評(píng)價(jià)AD發(fā)病危險(xiǎn)性和發(fā)病前檢查的方法。

隨著對(duì)Aβ研究的深入，新型研究標(biāo)本相繼被發(fā)現(xiàn)。Bermejo-Pareja等〔11〕通過對(duì)AD、PD患者及正常對(duì)照的研究比較，通過超敏ELISA試劑盒測(cè)定其唾液和血漿中的Aβ水平，發(fā)現(xiàn)輕度AD患者唾液中雖然Aβ42含量的升高幅度很少，但仍有其統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而PD與正常對(duì)照之間此含量就沒有差別。研究表明，唾液Aβ42有希望成為AD的外周標(biāo)記物，有助于鑒別AD與其他神經(jīng)退化性疾病，但確定其診斷意義尚需更多的研究結(jié)果來驗(yàn)證。

2 tau蛋白

tau蛋白是存在于神經(jīng)軸突中的微管相關(guān)性蛋白，在人類大腦中有6種不同的亞型，存在多個(gè)磷酸化位點(diǎn)。1995年Arai等成功地用ELISA方法測(cè)定腦脊液中總tau蛋白(total tau protein，t-tau)含量，與對(duì)照組相比，AD與其他神經(jīng)退化性疾病患者腦脊液中t-tau顯著升高〔12〕。之后，許多學(xué)者都致力于研究t-tau與AD發(fā)病及病情進(jìn)展之間的關(guān)系，探討其作用機(jī)制。至今，有超過50項(xiàng)的研究證明，用ELISA方法測(cè)定的AD患者腦脊液中t-tau與對(duì)照組相比升高將近3倍，其敏感性和特異性均超過80%。雖然在發(fā)病早期就存在t-tau的升高，但t-tau升高水平與疾病進(jìn)程無關(guān)〔13〕。而且，也有研究發(fā)現(xiàn)，在其他類型的癡呆，如血管性癡呆患者中，也發(fā)現(xiàn)t-tau含量升高。在一些神經(jīng)退化性疾病，如PD、進(jìn)行性核上麻痹和Pick病等，也偶爾會(huì)有t-tau含量升高。因而，在慢性神經(jīng)變性疾病的研究中，常用腦脊液t-tau蛋白含量反映神經(jīng)變性和損害的程度。

AD細(xì)胞內(nèi)的NTFs主要由雙螺旋纖維聚集而成，研究表明病理性的雙螺旋纖維主要是由過度磷酸化tau蛋白(phosphorylated tau protein，p-tau)組成，患者腦中NTFs數(shù)量可以作為臨床檢測(cè)AD程度的一個(gè)重要指標(biāo)，提示了p-tau作為AD生物標(biāo)記物的可能性。腦脊液中p-tau的含量反應(yīng)患者大腦t-tau磷酸化的水平。對(duì)于非特異性腦損傷如急性腦卒中，p-tau含量不如t-tau升高明顯，而克-雅氏病(CJD)患者腦脊液t-tau水平雖有顯著升高，但p-tau水平卻沒有變化〔14〕。這些發(fā)現(xiàn)表明腦脊液p-tau水平不像t-tau蛋白僅僅是神經(jīng)損害的一個(gè)指標(biāo)，最重要的是它反映了腦t-tau的磷酸化狀態(tài)與AD患者NTFs的形成，在AD和其他疾病的鑒別診斷方面，p-tau有更高的靈敏度和特異性。不同位點(diǎn)磷酸化的tau蛋白在AD的鑒別診斷方面又各具特異性，如P-tau231在鑒別AD與額顳葉癡呆方面特異性較強(qiáng)，而p-tau181可用于AD與DLB的鑒別，在區(qū)分AD患者和血管性癡呆方面，p-tau199的特異性則比p-tau181更強(qiáng)〔15〕。

由于血漿中tau蛋白含量低于可測(cè)量的閾值，所以到目前為止，關(guān)于外周血液循環(huán)中tau蛋白含量的數(shù)據(jù)仍然很少，對(duì)于AD患者腦脊液tau水平的升高是否可能引起血液中tau水平的升高仍然不清楚，所以需要更多的研究來證實(shí)和擴(kuò)展。

3 氧化應(yīng)激標(biāo)記物

隨著年齡的增長，氧化應(yīng)激損傷產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物堆積，引發(fā)細(xì)胞損傷及神經(jīng)元的凋亡，也是AD發(fā)病的重要危險(xiǎn)因素。相關(guān)研究表明〔16〕，晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation endproducts，RAGE)是Aβ的特異性受體，通過與Aβ結(jié)合增強(qiáng)神經(jīng)元氧化應(yīng)激水平，使RAGE表達(dá)增多，尤其在Aβ聚集區(qū)。免疫組化研究〔17〕發(fā)現(xiàn)，AD患者大腦RAGEs明顯高于正常人，而RAGEs也主要集中在NTFs中。上述研究提示，氧化應(yīng)激學(xué)說在AD發(fā)病機(jī)制中處于重要地位，它與Aβ沉積學(xué)說、tau蛋白理論、炎性損傷學(xué)說等均緊密關(guān)聯(lián)。氧化應(yīng)激不僅是AD的早期事件，而且在AD進(jìn)展的各期均表現(xiàn)顯著。臨床上定期監(jiān)測(cè)外周血中特定氧化應(yīng)激標(biāo)志物的水平，及時(shí)應(yīng)用抗氧化治療，對(duì)于早期AD患者的認(rèn)知功能可能有明顯改善。

異構(gòu)前列腺素(isoprostane)是自由基介導(dǎo)的多不飽和脂肪酸過氧化的產(chǎn)物，雖然它不具備神經(jīng)毒性，但是在AD患者腦脊液中發(fā)現(xiàn)F2-異構(gòu)前列腺素水平升高。在一項(xiàng)縱向研究過程中〔18〕，AD患者腦脊液F2-異構(gòu)前列腺素水平顯著升高，而在應(yīng)用抗氧化藥物后，其水平明顯降低。但是，血漿中F2-異構(gòu)前列腺素水平在AD與MCI患者之間沒有明顯差別，提示血漿中此物質(zhì)作為標(biāo)記物意義不大。關(guān)于血漿中F2-異構(gòu)前列腺素能否作為標(biāo)記物仍需要更多的研究來確認(rèn)。

4 炎癥反應(yīng)標(biāo)記物

目前為止，已有諸多研究〔13〕確認(rèn)免疫炎性機(jī)制參與AD的發(fā)病進(jìn)程，SP中Aβ的沉積與活化的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)炎性蛋白、神經(jīng)調(diào)節(jié)因子如IL-6等有關(guān)。血漿炎癥標(biāo)志物，如白細(xì)胞介素(IL)-1、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α及急性時(shí)相蛋白如C-反應(yīng)蛋白是血管性癡呆的標(biāo)志物，在AD及血管性癡呆臨床發(fā)病前增加。此外，Teunissen等〔19〕研究顯示IL-12、IL-16、IL-18和TNF-β水平在輕度AD患者中較高，但在嚴(yán)重AD患者和非癡呆年齡相關(guān)配對(duì)組中無顯著差異。

5 脂質(zhì)代謝標(biāo)記物

膽固醇代謝異常、脂蛋白a的不同亞型和水平變化、ApoE對(duì)膽固醇代謝的調(diào)節(jié)以及ApoE自身與Aβ的相互作用等已經(jīng)被證實(shí)與AD的發(fā)生有密不可分的關(guān)系。ApoE蛋白是極低密度脂蛋白的主要成分，參與膽固醇通過血腦屏障的運(yùn)輸，其編碼基因ApoEε4是目前為止唯一確認(rèn)的散發(fā)AD的遺傳學(xué)危險(xiǎn)因素。與對(duì)照組相比〔9〕，ApoEε4等位基因在 AD與 MCI患者中表達(dá)率升高，其致病作用取決于它在膽固醇代謝中的作用。有縱向研究表明ApoEε2等位基因是AD的保護(hù)性因素，其作用可能與ApoEε4作用相反，而ApoEε3等位基因在AD的發(fā)生發(fā)展過程中起中性作用。

6 結(jié)語

近年來國內(nèi)外對(duì)AD早期診斷的生物標(biāo)記物進(jìn)行了廣泛研究，一致認(rèn)為對(duì)于AD，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜的疾病，聯(lián)合應(yīng)用多種不同代謝途徑的標(biāo)記物可以增強(qiáng)診斷的敏感性與特異性。腦脊液中 Aβ40，Aβ42，p-tau等生物學(xué)標(biāo)記物，尤其是 Aβ42與tau蛋白的聯(lián)合應(yīng)用對(duì)于AD的早期診斷有一定的幫助。但是，腦脊液樣本的采集是一種有創(chuàng)性技術(shù)，限制了其廣泛應(yīng)用，而血液樣本的采集則具有無創(chuàng)、快速、方便等優(yōu)點(diǎn)，但是到目前為止尚沒有接近澳大利亞國家會(huì)計(jì)協(xié)會(huì)(NIA)標(biāo)準(zhǔn)的血漿標(biāo)記物，尤其是在敏感性與特異性方面達(dá)不到要求。因此，研究血液中AD生物標(biāo)記物則更具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。隨著對(duì)AD發(fā)病機(jī)制的深入研究及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)高靈敏性和特異性的生物標(biāo)記物將具有重要意義。

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