診斷阿爾茨海默病潛在生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

王思翔 曾紅梅 李揚(yáng)娜 盧曉慶 王超

南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科（南昌330000）

從1906年Alois Alzheimer第一次對(duì)阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）病例進(jìn)行報(bào)道［1］，經(jīng)過幾十年的研究，人們發(fā)現(xiàn)AD的發(fā)病機(jī)制與β-淀粉樣蛋白（Aβ）沉積、tau蛋白神經(jīng)纖維纏結(jié)、神經(jīng)炎性機(jī)制學(xué)說、神經(jīng)血管受損學(xué)說、氧化應(yīng)激等密切相關(guān)，研究得到眾多的潛在的AD相關(guān)生物標(biāo)志物。美國(guó)老齡化研究所-阿爾茨海默病協(xié)會(huì)（National Institute on Aging-Alzheimer′s Association，NIAAA）及國(guó)際工作組（International Working Group，IWG）相繼分別于2011、2014年提出新改進(jìn)的AD診斷指南。明確提出了將核心生物標(biāo)記物——腦脊液（cerebrospinal fluid，CSF）Aβ42減低、CSF tau蛋白升高、PET影像顯示淀粉樣蛋白沉積、AD易感基因突變用于AD疾病的分期分型［2-4］。本文則從AD的病理生理過程進(jìn)行系統(tǒng)論述，探討除核心生物標(biāo)記物（淀粉樣蛋白、tau蛋白沉積）外，還有哪些潛在生物標(biāo)志物可能用于未來明確AD診斷。

1 影響軸突、突觸相關(guān)功能的生物標(biāo)志物

1.1 神經(jīng)絲蛋白（neurofilament light，NFL）AD的標(biāo)志神經(jīng)病理學(xué)標(biāo)志物是Aβ積累和神經(jīng)纖維纏結(jié)。NFL是神經(jīng)纖維纏結(jié)中廣泛磷酸化的神經(jīng)纖維絲組成單元［5］，也是神經(jīng)細(xì)胞骨架的支架蛋白，在軸突和樹突的生長(zhǎng)和分支中具有重要的功能［6］。腦脊液中NFL濃度升高常見于AD、肌萎縮側(cè)索硬化、帕金森綜合征、多發(fā)性硬化、神經(jīng)軸索損害等疾病中。有系統(tǒng)分析納入9個(gè)研究，比較AD人群和正常對(duì)照組CSF中NFL濃度差異，顯示兩組CSF中NFL濃度比2.35（95%CI：1.90 ～ 2.91，P＜ 0.000 1）［7］，提示該生物標(biāo)志物是區(qū)分兩組人群較好的指標(biāo)。

1.2 類視錐蛋白（visinin-like protein-1，VLP-1）AD發(fā)病機(jī)制與Ca2+信號(hào)通路異常密切相關(guān)。VLP-1蛋白作為神經(jīng)元鈣感應(yīng)蛋白家族之一，影響著突觸可塑性的細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)元信號(hào)通路，如環(huán)核苷酸級(jí)聯(lián)和煙堿能信號(hào)。同時(shí)也參與影響細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂致使神經(jīng)元損傷有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了VLP-1可作為標(biāo)記神經(jīng)損傷的生物標(biāo)志物［7-8］。研究［9］表明，聯(lián)合CSF VLP-1/Aβ42和VLP-1/p-tau231比例在用于鑒別AD與正常對(duì)照組的結(jié)果顯示：其敏感性為83%，特異性為70%，比值越高者其簡(jiǎn)易智能精神狀態(tài)檢查量表（Mini-Mental State Examination，MMSE）得分越低，可用于預(yù)測(cè)AD的預(yù)后。

1.3 海馬神經(jīng)顆粒素（neurogranin，Ng）Ng是一種神經(jīng)特異性突觸后蛋白，在海馬和基底前腦的樹突棘上，Ng與鈣調(diào)蛋白結(jié)合以調(diào)節(jié)鈣離子的進(jìn)出激活突觸或者通過N-甲基-D-天冬氨酸抑制突觸的活動(dòng)［10］。高濃度的腦脊液Ng與快速認(rèn)知功能減退、皮質(zhì)葡萄糖代謝減少、海馬體積的下降密切相關(guān)［11］。

1.4 腦脊液α-突觸核蛋白AD臨床表現(xiàn)多樣性的原因是病理上路易小體的形成，在50%的AD患者病理中可見。該病理在帕金森病、路易體癡呆等疾病中也有出現(xiàn)［12］。α-突觸核蛋白是路易小體的主要組成部分。最近一項(xiàng)研究［13］發(fā)現(xiàn)在輕度認(rèn)知功能障礙（MCI）、AD患者中α-突觸核蛋白與t-tau有較強(qiáng)的相關(guān)性，還發(fā)現(xiàn)異常的關(guān)系，即CSF p-tau升高伴隨CSF α-突觸核蛋白下降。提示聯(lián)合該生物標(biāo)志物異常匹配關(guān)系可用于診斷AD及預(yù)測(cè)縱向認(rèn)知變化［14］。

2 參與淀粉樣蛋白沉積過程的生物標(biāo)志物

2.1 β-位點(diǎn)的淀粉樣前體蛋白（APP）裂解酶1（BACE1）BACE1作為裂解APP產(chǎn)生多種不同亞型的可溶性Aβ蛋白，聚合成不可溶解的寡聚體Aβ淀粉樣蛋白沉積在腦組織中，寡聚體Aβ抑制海馬的長(zhǎng)時(shí)程突觸增強(qiáng)（用于突觸可塑性和學(xué)習(xí)過程）［15-16］。一項(xiàng)1年縱向隨訪研究，顯示CSF Ng/BACE1的比值與MMSE評(píng)分年下降率顯著相關(guān)，可用于預(yù)測(cè)MCI轉(zhuǎn)化為AD的可能。

2.2 可溶性寡聚體Aβ淀粉樣蛋白腦組織間液中可溶性單體Aβ聚合成可溶性Aβ寡聚物，在再神經(jīng)元細(xì)胞胞吞胞內(nèi)形成不溶性淀粉樣蛋白沉積，即神經(jīng)炎性斑［17］。有研究［18］通過拮抗Aβ寡聚物神經(jīng)元結(jié)合受體Sigma-2/PGRMC1，阻斷Aβ寡聚體對(duì)神經(jīng)元突觸的毒性作用和認(rèn)知功能的損害，其研究發(fā)現(xiàn)的結(jié)合率下降超過90%以上。

3 神經(jīng)炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激標(biāo)志物

神經(jīng)炎癥反應(yīng)是AD的主要病理特征之一，淀粉樣蛋白沉積激活了不同的細(xì)胞受體和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，促使星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄生成炎性的細(xì)胞因子、活性氧和活性氮，影響細(xì)胞內(nèi)鈣水平、NADPH氧化酶（NOX）、NF-κB通路、谷氨酸攝?。ㄔ黾优d奮毒性的風(fēng)險(xiǎn)）和線粒體功能［19］。還發(fā)現(xiàn)來自外周免疫系統(tǒng)炎癥相關(guān)介質(zhì)通過有缺陷的血腦屏障（blood brain barrier，BBB）進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在神經(jīng)組織中聚集免疫細(xì)胞，加劇神經(jīng)炎癥反應(yīng)［20］。

3.1 腦脊液神經(jīng)膠質(zhì)活化蛋白（YKL-40）YKL-40是一種由各種細(xì)胞類型分泌的糖蛋白，包括炎細(xì)胞（中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞）、某些結(jié)締組織和特殊癌細(xì)胞［21-24］。臨床上發(fā)現(xiàn)YKL-40與許多疾病相關(guān)，如神經(jīng)退行性疾病、癌癥、心血管疾病和炎性疾病，如肝纖維化、COPD和免疫性疾?。?5-27］。有研究縱向隨訪MCI、AD人群，顯示該組人群CSF YKL-40較CSF VLP-1基線水平更高［28］。但對(duì)血漿中YKL-40薈萃分析示AD組與正常對(duì)照組（normal control，NC組）人群差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［7］。

3.2 單核細(xì)胞趨化因子蛋白（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）MCP-1是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的炎性活性最強(qiáng)的小蛋白質(zhì)家族［29］。一項(xiàng)針對(duì)AD及MCI兩組人群血漿MCP-1的縱向研究［30］顯示高濃度水平與快速認(rèn)知能力下降有關(guān)。有研究組發(fā)現(xiàn)［31］CSF中MCP-1濃度升高與AD患者雙側(cè)額葉和顳葉、頂葉萎縮相關(guān)。

3.3 細(xì)胞因子在AD進(jìn)展的過程中，越來越多研究證據(jù)表明星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞參與血漿、CSF中的某些細(xì)胞因子生成，作用于神經(jīng)炎癥反應(yīng)［32-33］。目前有關(guān)腦脊液中的細(xì)胞因子的研究少，大多研究關(guān)注于在外周血中尋找AD相關(guān)的炎性標(biāo)志物。系統(tǒng)分析比較MCI和AD人群血液或腦脊液細(xì)胞因子和調(diào)節(jié)信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)的蛋白的水平，發(fā)現(xiàn)研究最多的10種細(xì)胞因子生物標(biāo)志物是：TNF-α；TNF受體；CD40及配體；IL-1β、6、18、CCL2/MCP-1等，但各研究組之間得出相互矛盾的結(jié)果［34-36］。各研究組的研究結(jié)果不一，說明需要進(jìn)一步進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化樣本收集、處理和分析檢測(cè)，明確診斷可能。

3.4 腫瘤壞死因子轉(zhuǎn)化酶（TNF-α converting enzyme，TACE）TNF-α作為一種主要的炎性細(xì)胞因子，其通過TNF-α/TNF/死亡域TRADD/NF-κ、JNK級(jí)聯(lián)通路，誘導(dǎo)神經(jīng)元死亡［37］。而TACE通過解除TNFR與TNF-α結(jié)合狀態(tài)，使死亡級(jí)聯(lián)信號(hào)傳導(dǎo)停止［38］。因此，在AD炎癥早期過程中，其可能可以作為潛在的標(biāo)志物用于診斷AD疾病及預(yù)測(cè)疾病進(jìn)展。

3.5 其他潛在的炎性生物標(biāo)志物許多工作組研究發(fā)現(xiàn)：可溶性白細(xì)胞介素-6受體復(fù)合物（sIL-6RC）、急性期蛋白α2-巨球蛋白（A2M）、雙鏈RNA依賴蛋白激酶（PKR）、急性期蛋白α2-巨球蛋白（A2M）等炎性作用因子參與促大腦神經(jīng)炎癥過程、錯(cuò)誤神經(jīng)纖維折疊、聚集淀粉蛋白沉積［39-41］，也是未來可能用于炎癥免疫調(diào)節(jié)治療AD及為診斷提供依據(jù)可能。

4 與神經(jīng)血管功能損害相關(guān)標(biāo)志物

4.1 BBB破壞標(biāo)志物——腦脊液/血漿中白蛋白比率（即白蛋白商Qalb）早期研究通過白蛋白商Qalb了解AD人群BBB破壞情況，Qalb升高，尤其在有血管危險(xiǎn)因素的AD患者中更為明顯［42-43］。也有其他研究組發(fā)現(xiàn)Qalb在所有類型的癡呆癥（AD、VAD、AD的其他亞型）中都升高，這表明BBB功能障礙是任何癡呆疾病過程中的早期事件［44］。

4.2 神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）受損生物標(biāo)志物NVU是維持大腦微環(huán)境的特殊細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。AD影響NVU細(xì)胞類型包括腦血管細(xì)胞（內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞）、膠質(zhì)細(xì)胞（星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞）。在維持BBB、調(diào)節(jié)腦血流、促進(jìn)免疫監(jiān)視等方面發(fā)揮作用［45-46］。因此，識(shí)別和整合有關(guān)NVU細(xì)胞特異性反應(yīng)和損傷的生物標(biāo)志物，從而明確AD疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物，也是將來的研究方向。研究發(fā)現(xiàn)AD患者腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白呈低表達(dá)水平［47］。通過FDG-PET研究也證實(shí)了MCI、AD患者攝入的葡萄糖較少［48］。也有研究小組發(fā)現(xiàn)存在于BBB轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)異常：如有促進(jìn)外周Aβ流入腦實(shí)質(zhì)組織中參與AD病理高級(jí)糖化末端產(chǎn)物的受體（RAGE）表達(dá)增加，參與Aβ蛋白轉(zhuǎn)出腦組織及清除過程脂蛋白受體相關(guān)蛋白（LRP）和p-糖蛋白（P-GP）、膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)體（Abca1）水平降低［49-50］。

5 展望及挑戰(zhàn)

目前已經(jīng)研究得到眾多的潛在的AD相關(guān)生物標(biāo)志物，但這些潛在的生物標(biāo)志物大多處于個(gè)別研究，其結(jié)果表現(xiàn)差異很大，缺少綜合的Meta分析評(píng)估其診斷性能［7］。只有少數(shù)的生物標(biāo)志物通過尸檢神經(jīng)病理證實(shí)，大多數(shù)生物標(biāo)志物反映的是潛在的AD發(fā)病機(jī)制及病理生理過程，也就是初步性質(zhì)的。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外的指南共識(shí)明確診斷AD需要昂貴的影像學(xué)或有創(chuàng)操作方式，加之隨著國(guó)內(nèi)老齡化形勢(shì)嚴(yán)峻，因此，迫切要求研究者能找尋到新型的潛在生物標(biāo)志物，以期望能簡(jiǎn)單易行地用于臨床診治過程［51-53］。