PET評(píng)估阿爾茨海默病患者腦內(nèi)Aβ沉積的研究進(jìn)展

于 瑾，王 丹 綜述 吳士文 審校

PET評(píng)估阿爾茨海默病患者腦內(nèi)Aβ沉積的研究進(jìn)展

于 瑾，王 丹 綜述 吳士文 審校

阿爾茨海默病；Aβ沉積；PET腦成像

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD) 是一種與年齡相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性的記憶力減退及其他認(rèn)知功能障礙[1]。它是癡呆中最常見(jiàn)的一種類型，占所有病例的50%～80%。流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)顯示，全球約有2400萬(wàn)人診斷為本病，到2050年AD患者預(yù)計(jì)將接近1億[2]。在我國(guó)，1990年AD患者有193萬(wàn)，2000年增長(zhǎng)至371萬(wàn)，2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字是569萬(wàn)[3]。伴隨著老齡化問(wèn)題的凸顯，我國(guó)正面臨控制AD增長(zhǎng)的巨大挑戰(zhàn)。目前，沒(méi)有有效的治療方法可以阻止或減緩AD引起的腦內(nèi)神經(jīng)功能紊亂及死亡。因此，臨床癥狀出現(xiàn)前的早期診斷及干預(yù)將提供給AD患者及家屬最大獲益。

1907年，Alois Alzheimer醫(yī)師第一次在他的論文中描述了1例51歲女性AD患者，并報(bào)道了患者死后的腦組織切片病理，包括老年斑(senile plaque，SP) 和神經(jīng)元纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFT)，這是 AD的早期特征性病理改變。AD的發(fā)生與兩者密切相關(guān)，在大腦皮質(zhì)和海馬神經(jīng)細(xì)胞外由β-淀粉樣蛋白(amyloid β protein，Aβ) 沉積形成SP，NFT則在腦神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)由 Tau 蛋白異常聚集而成。所有的AD患者大腦皮層都有Aβ沉積，在一些患者中可能要早于臨床癥狀出現(xiàn)20年。而在額顳葉癡呆和純血管性癡呆患者腦部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Aβ沉積。

2014年，國(guó)際工作組(IWG)提出了更新典型AD診斷指南，將生物標(biāo)志物整合進(jìn)診斷進(jìn)程中，包括腦脊液生物標(biāo)志物測(cè)試，淀粉樣蛋白PET成像或基因測(cè)試[4]。在過(guò)去的10年里，PET作為一種敏感的放射性核素影像技術(shù)，應(yīng)用于檢測(cè)AD患者腦部的Aβ沉積，可以達(dá)到無(wú)創(chuàng)性、動(dòng)態(tài)性、功能性和代謝性顯像的目的。未來(lái)，PET影像技術(shù)作為證實(shí)或排除AD的有效手段將廣泛應(yīng)用于臨床，同時(shí)也為AD病理機(jī)制的研究和臨床治療提供新的發(fā)展契機(jī)。

1 Aβ 級(jí)聯(lián)學(xué)說(shuō)

自Alois Alzheimer醫(yī)師第一次描述腦組織切片中的Aβ沉積后，1964年Terry和同事首次通過(guò)電鏡觀察，揭示了Aβ的β折疊結(jié)構(gòu)[5]。直到1984年，Glenner和Wong[6]才發(fā)表文章將這個(gè)4 kDa的肽段序列命名為Aβ蛋白，確定其是老年斑的主要成分。但相關(guān)的精確病生理改變和分子機(jī)制仍是不清楚的。因此，產(chǎn)生出一些假說(shuō)，其中在1991年被Hardy和Higgins[7]提出的“Aβ 級(jí)聯(lián)學(xué)說(shuō)”是當(dāng)時(shí)較卓越的理論。Aβ是β-淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP) 的正常代謝中間產(chǎn)物，一般由39～43個(gè)氨基酸組成。APP是一個(gè)跨膜蛋白，廣泛存在于全身組織細(xì)胞上，在腦組織中的表達(dá)最高。腦內(nèi)的APP有2條代謝途徑，包括非Aβ生成途徑和Aβ生成途徑，其中的前者是APP 代謝的主要途徑。在這一主要代謝途徑中，APP被α和γ-分泌酶水解，生成可溶性的多肽片段。在另一條代謝途徑，即Aβ生成途徑中，APP 在β和γ-分泌酶作用下，產(chǎn)生Aβ40和 Aβ42，引起一系列Aβ單體和寡聚體的聚集，最終形成斑塊樣的沉積[8]。正常情況下兩者的生成和分解處于動(dòng)態(tài)平衡，以生成 Aβ40 為主。然而在AD 患者腦內(nèi)，Aβ42 升高，其為不溶性的，相比 Aβ40 更易導(dǎo)致淀粉樣物質(zhì)的生成。研究表明，凝集態(tài)的Aβ和寡聚態(tài)Aβ42都具有神經(jīng)毒性。然而，也有其他假說(shuō)指出可溶性的 Aβ多肽，即可溶性的寡聚體或纖維原，而不是成熟的Aβ斑塊，具有神經(jīng)細(xì)胞毒性[9,10]。

2 PET示蹤劑

PET腦成像依據(jù)同位素示蹤原理，以三維成像的形式，反映活體組織、細(xì)胞在分子水平的生理情況和病理變化，具有靈敏度高，特異性強(qiáng)的特點(diǎn)。通常使用的示蹤劑是標(biāo)記有放射性核素的特異性靶向分子探針。PET可在活體腦內(nèi)提供Aβ沉積地圖，預(yù)告健康人群發(fā)展為MCI/AD，或MCI患者發(fā)展為AD。

2.1 放射性核素 現(xiàn)階段應(yīng)用于AD臨床研究的放射性核素主要有11C和18F。11C標(biāo)記的半衰期短，僅有20 min，在臨床應(yīng)用上受到限制。為了克服這一局限性，實(shí)驗(yàn)人員陸續(xù)研發(fā)了多種18F標(biāo)記的分子探針，其半衰期為110 min?，F(xiàn)主要有三種18F標(biāo)記的分子探針應(yīng)用于臨床，是florbetaben([18F]BAY94-9172 )，florbetapir([18F]AV45 )和 flutemetamol([18F]GE067)。2016年，一篇Meta分析對(duì)1990—2014年發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)回顧，發(fā)現(xiàn)上述3種β淀粉樣蛋白放射性示蹤劑的診斷靈敏度和特異性沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，對(duì)于鑒別AD患者和健康對(duì)照時(shí)表現(xiàn)更好[11]。所有亞組的敏感性結(jié)果范圍為89%～97%，而特異性數(shù)值范圍更廣，為63%～93%[11]。

然而，目前關(guān)于18F標(biāo)記的探針的研究數(shù)據(jù)顯示，其高水平非特異性地與腦白質(zhì)黏附，這一點(diǎn)限制了PET影像的敏感性，尤其在AD患者早期淀粉樣斑塊水平可能低的情況下。對(duì)于AD患者，18F標(biāo)記探針的平均皮質(zhì)黏附是相似或少于白質(zhì)，而11C標(biāo)記的探針皮質(zhì)的攝取量高于白質(zhì)30%。近期有關(guān)18F標(biāo)記探針的后期臨床試驗(yàn)，研究者利用健康受試者具有的較高白質(zhì)非特異攝取，給出一個(gè)與眾不同的白質(zhì)模式圖形。是否可通過(guò)影像剔除技術(shù)，進(jìn)一步提高PET影像的敏感性，將給下一步研究帶來(lái)新的希望。

2.2 特異性靶向分子探針 目前，應(yīng)用于AD患者的PET研究的Aβ影像分子探針有：硫黃素T的派生物 [11C]PIB，[11C]AZD2184，[18F]GE067，[18F]BF227和[11C]AZD4694 ；二苯基乙烯的派生物[11C]SB13，[18F]BAY94-9172和[18F]AV45；DDNP 的派生物[18F]FDDNP；植物色素的派生物，如姜黃素和黃酮類，以及其他的化學(xué)型。

2.2.1 剛果紅和DDNP染料的派生物 剛果紅類(CR) 和硫黃素T類(ThT)是尸檢腦組織Aβ斑塊的經(jīng)典染料。剛果紅是第一個(gè)被報(bào)道的在組織切片中可以黏附淀粉樣物質(zhì)的小分子，因此被首先應(yīng)用于放射性顯像的Aβ探針。雖經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，最終因難于透過(guò)血腦屏障而受限。

FDDNP是一種非甾類抗炎藥物甲氧萘普酸的類似物，同布洛芬化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，與Aβ斑塊結(jié)合時(shí)競(jìng)爭(zhēng)位點(diǎn)不同于剛果紅和硫磺素[12]。FDDNP的脂溶性高，能快速通過(guò)血腦屏障，染色AD患者腦內(nèi)的SP和NFT。18F-FDDNP 是第一個(gè)成功用于AD患者活體大腦的神經(jīng)病理沉積PET影像探針[13]。在AD患者腦內(nèi)病變嚴(yán)重區(qū)域滯留的時(shí)間顯著高于正常對(duì)照組，滯留時(shí)間最長(zhǎng)的區(qū)域是海馬，在顳葉、頂葉、枕葉和額葉的滯留時(shí)間也較腦橋高出10%～15%。雖然有較高的腦攝取，但清除較慢，不利于早期AD的診斷和療效監(jiān)測(cè)。

2.2.2 TH-T染料的派生物 硫黃素T不僅能標(biāo)記Aβ，而且能透過(guò)血腦屏障。匹茲堡大學(xué)的 Mathis和Klunk通過(guò)對(duì)硫黃素T進(jìn)行改構(gòu)修飾，發(fā)展了第一個(gè)特異性的Aβ PET分子探針[14,15]。2002年，用11C標(biāo)記后，通過(guò)與瑞典大學(xué)合作首次開(kāi)始人體臨床試驗(yàn)，并將這種化合物命名為11C-PiB 。2004年發(fā)表相關(guān)文章后，被全世界廣泛應(yīng)用[16]。PIB與不溶的纖維Aβ斑塊有高的黏附性，但是不能黏附不成形的Aβ斑塊和神經(jīng)纖維纏繞。定量和定性分析11C-PiB 的敏感度分別為95%和 90%[17]。同時(shí)其具有較好的顱內(nèi)清除率，迄今尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道其具有相關(guān)毒性[18]。

AD患者腦內(nèi)黏附11C-PiB最高的區(qū)域是額葉皮層、扣帶回、楔前葉、紋狀體、頂葉皮層和外側(cè)顳葉，與之相比，枕葉皮質(zhì)、感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、中央顳葉通常很少影響。腦內(nèi)區(qū)域11C-PiB的攝取表示Aβ斑塊的密度，正如尸檢病理和腦組織的免疫組化定量測(cè)量，在額葉皮層比海馬有較高密度的斑塊。對(duì)于一些患者，Aβ斑塊沉積早于臨床癥狀至少20年。有關(guān)11C-PiB的縱向研究證實(shí)Aβ斑塊在腦內(nèi)的沉積是緩慢的。對(duì)于掃描陽(yáng)性的認(rèn)知正常人群，平均每年增長(zhǎng)2%～3%，與MCI患者類似，但發(fā)展為AD后處于停滯期[19,20]。這似乎可以用來(lái)解釋依靠11C-PiB評(píng)估的Aβ負(fù)擔(dān)與記憶力損害的測(cè)量是不一致的，但對(duì)于MCI患者和健康老年受試者，Aβ負(fù)擔(dān)與記憶力損害和下降率是一致的[21,22]。

一項(xiàng)超過(guò)3～5年的隨訪研究指出，50%～60%的MCI患者11C-PiB掃描陽(yáng)性，符合預(yù)期進(jìn)展為AD的百分比。不像AD患者，MCI患者在11C-PiB黏附和記憶損害水平之間有相關(guān)性。隨訪研究發(fā)現(xiàn)70%的11C-PiB陽(yáng)性MCI患者將在3年以上發(fā)展為AD[23]。少于10%的11C-PiB陰性MCI患者發(fā)展為臨床診斷的AD，然而20%的11C-PiB陰性MCI患者發(fā)展為其他類型的癡呆，例如路易體癡呆或額顳葉癡呆[19]。

然而，一些健康老年人群也顯示較高的PiB黏附，典型的結(jié)果是一個(gè)PiB攝取的雙峰分布。皮層PiB黏附的增長(zhǎng)頻率對(duì)于低于70歲的老年人是≤10%，在80歲的老年人是30%～40%，與尸檢研究結(jié)果大致相似[24]。

由于11C的半衰期短，合成復(fù)雜，設(shè)備要求高，推廣應(yīng)用受限，改用18F標(biāo)記PIB, 即[18F]GE-067是最接近11C-PiB的類似物。英國(guó)研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)Ⅲ期臨床試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比106名臨終受試者PET成像與尸檢組織病理學(xué)報(bào)告證實(shí)，[18F]flutemetamol，即[18F]GE-067 PET的敏感性和特異性分別為91%和90%[25]。2017年，一項(xiàng)關(guān)于[18F] flutemetamol 的日本臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，受試者具有良好的耐受性，檢查效果和安全性與西方人群報(bào)道結(jié)果一致，不存在種族差異[26]。

2.2.3 二苯基乙烯的派生物 最初的二苯基乙烯派生物是[11C]SB-13，因11C的半衰期短而受限。改用18F標(biāo)記，并經(jīng)過(guò)化學(xué)式的改構(gòu)，產(chǎn)物之一即18F-AV-45。2012-04-10，美國(guó)FDA宣布批準(zhǔn)其用于成人AD或其他癡呆類型患者的大腦PET成像。最初關(guān)于18F-AV-45的研究顯示與11C-PIB強(qiáng)相關(guān)性，并提供類似的標(biāo)準(zhǔn)以區(qū)分Aβ陽(yáng)性或陰性的人群[27]。另一個(gè)區(qū)分MCI與正常對(duì)照組的研究也顯示出18F-AV-45與11C-PIB的強(qiáng)相關(guān)性[28]。因此，11C-PIB的臨床研究數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于18F-AV-45的相關(guān)研究。

在一項(xiàng)59例患者的臨床研究中，與組織病理學(xué)研究對(duì)照，應(yīng)用18F-AV-45檢測(cè)Aβ斑塊的敏感性高達(dá)90 %以上[29]。研究人員目測(cè)定量評(píng)估46名受試者的18F-AV-45 PET 影像，通過(guò)2個(gè)臨床應(yīng)用的攝取標(biāo)準(zhǔn)在敏感區(qū)域與參考區(qū)域(小腦)對(duì)比，表現(xiàn)出高敏感性和特異性[30]。2012年的一項(xiàng)臨床研究表明，與認(rèn)知正常的人群相比，70%的18F-AV-45陽(yáng)性受試者平均在4年以后進(jìn)展為MCI或AD，而陰性受試者僅有6%的進(jìn)展[31]。這個(gè)結(jié)果可以建議18F-AV-45陽(yáng)性受試者通過(guò)改變生活方式以阻止或減慢AD進(jìn)展。

3 展 望

由于在臨床癥狀出現(xiàn)之前，就可以觀察到Aβ沉積，提示淀粉樣蛋白PET可應(yīng)用于AD的早期診斷。AD患者在Aβ沉積階段進(jìn)行干預(yù)對(duì)于延緩疾病進(jìn)展最為有效。但目前用于臨床的18F標(biāo)記的特異性分子探針與大腦白質(zhì)的非特異結(jié)合，使得此技術(shù)作為早期診斷和鑒別診斷的意義在于陰性排除作用，即陰性的受檢者基本不可能患AD。PET影像檢測(cè)費(fèi)用昂貴，需要大幅降低其費(fèi)用，在大樣本基礎(chǔ)上，對(duì)影像學(xué)標(biāo)志物方法學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證。同時(shí)為了使淀粉樣蛋白PET技術(shù)廣泛應(yīng)用于臨床，需要所有的閱片者獲得較高水平的技術(shù)培訓(xùn)，以提高一致性及精確性。此外，多種分子探針在PET影像檢測(cè)方面各有優(yōu)勢(shì)和不足，進(jìn)一步使用多種技術(shù)或多種標(biāo)志物聯(lián)合診斷和分析，有望能達(dá)到更好的效果。

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(2017-12-01收稿 2018-01-23修回)

于 瑾，博士，主治醫(yī)師。

100039 北京，武警總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

吳士文，E-mail:wu_shiwen@yahao.com

R746.9

尤偉杰)