阿爾茨海默病血液生物標志物研究進展

馬 建，王 磊，楊海杰

(新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 河南省分子診斷與醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)協(xié)同中心，河南 新鄉(xiāng) 453003)

德國巴伐利亞精神病學(xué)家Alois Alzheimer于1907年首次報道了一種神經(jīng)退行性疾病的病理特征，后來人們以他的名字將此病命名為阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)，亦稱老年癡呆癥[1]。AD是一種起病隱匿的進行性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，具有年齡相關(guān)性，嚴重影響老年人的生活質(zhì)量。最新研究顯示，AD患者的腦損傷可能在確診前10～20 a就已經(jīng)出現(xiàn)[2]。因此，早期診斷與治療對提高AD患者的生存質(zhì)量有重大意義，篩選并發(fā)現(xiàn)新的敏感特異性生物標志物成為AD早期診治的關(guān)鍵[3]。本文主要對AD的血液生物標志物的最新研究進展進行綜述。

1 AD的生物標志物

基于化學(xué)性質(zhì)的不同，AD的生物標志物可以分為蛋白質(zhì)類、核酸類和無機小分子類，其中，蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的生物標志物，特別是有聚集傾向的蛋白如Tau、β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)已被廣泛研究[4]。常用的AD檢測標本是腦脊液(cerebrospinal fluid,CSF)或體液(主要指血液或尿液)[5]。與具有侵入性損傷的CSF采集相比，血液及尿液采集具有較大的優(yōu)勢[6]。

1.1蛋白質(zhì)類生物標志物

1.1.1Tau蛋白Tau蛋白是神經(jīng)元纏結(jié)的組成蛋白，1993年有報道顯示，AD患者CSF中的Tau蛋白水平升高[7]，比正常人高2～3倍。ANDREASEN等[8]比較了2 400例AD患者和1 250名健康者發(fā)現(xiàn)，Tau蛋白診斷AD的敏感度約82.0%，特異性為88.0%。AD患者的Tau蛋白呈現(xiàn)異常磷酸化，失去了使微管蛋白聚集形成微管的能力，并且總在神經(jīng)元纖維纏結(jié)處聚集[9]。越來越多的證據(jù)顯示，CSF中磷酸化的Tau蛋白 (hyperphosphorylated tau,p-Tau)可以將AD患者與健康者、額顳葉癡呆、路易體癡呆、血管性癡呆區(qū)分診斷[10]。但是，CSF取樣的諸多局限性限制了Tau蛋白的應(yīng)用。

1.1.2Aβ蛋白Aβ蛋白由第 21號染色體編碼，是淀粉樣蛋白前體經(jīng)蛋白水解酶作用后的產(chǎn)物，是AD患者腦組織中主要的病理標志性蛋白之一。有研究顯示，與正常組相比，AD組患者CSF中Aβ42蛋白水平下降約50%，提示AD患者CSF中可溶性Aβ蛋白減少，而腦組織中不可溶性Aβ蛋白增加，并形成彌漫性和典型的老年斑[11]。AD患者CSF中Aβ42蛋白減少，且診斷靈敏度和特異性均超過 80%；有人將Aβ42蛋白水平>500 ng·L-1作為AD與正常老齡化的分界值[12]。此外，Aβ蛋白也會在人的涎腺上皮細胞表達，由于唾液易于獲得，因此，人的唾液腺切片也可作為檢測AD的有效手段[13]。

1.1.3載脂蛋白E(apolipoproteinE,ApoE) ApoE是一種脂質(zhì)結(jié)合蛋白，相對分子質(zhì)量為 34 000，存在于包括大腦在內(nèi)的多種組織中。ApoE通過與目標細胞的脂蛋白受體相互作用，參與三酰甘油和膽固醇的運輸[14]。有研究者比較了AD患者與正常人血漿中多種蛋白質(zhì)的水平，提示ApoE可以作為AD的診斷標志物[15]。但是，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)顯示，將ApoE作為檢測AD的標志物，其敏感性和特異性均不夠高[16]。

1.1.4白細胞介素-15(interleukin15,IL-15) IL-15 是一種用途廣泛的炎癥細胞因子，由激活的單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生[17]。有研究顯示，AD患者血清中IL-15水平與患者精神癥狀和多動癥的嚴重程度呈顯著負相關(guān)[18]。GOMEZ-NICOLA等[19]研究發(fā)現(xiàn)，用抗體中和IL-15后，小膠質(zhì)細胞中絲裂酶原活化蛋白激酶與核轉(zhuǎn)錄因子-κB的活性明顯下降；作者推測IL-15對這些通路的影響可能與維持成人腦內(nèi)神經(jīng)干細胞的自我更新能力有關(guān)。

1.1.5AD相關(guān)的神經(jīng)絲蛋白(Alzheimer-associatedneuronalthreadprotein,AD7c-NTP) AD7c-NTP 屬于神經(jīng)絲蛋白家族，相對分子質(zhì)量為41 000，是一種由神經(jīng)元表達的跨膜磷蛋白，定位于神經(jīng)細胞的軸突[20]。AD患者腦組織中AD7c-NTP的免疫活性及其mRNA的表達顯著增強，可導(dǎo)致神經(jīng)元死亡增加，并釋放AD7c-NTP進入CSF。DE LA MONTE 等[21]1992年首次發(fā)現(xiàn)AD患者CSF中AD7c-NTP水平明顯增加。2007年，GOODMAN等[22]發(fā)現(xiàn)AD患者尿液中AD7c-NTP水平異常增高。腦組織中增加的AD7c-NTP可能通過血-腦屏障進入外周血，隨著病情發(fā)展，外周血中逐漸增多的AD7c-NTP可突破腎小球的濾過作用，最終進入尿液，表現(xiàn)為尿液中AD7c-NTP水平升高，且與病情嚴重程度呈正相關(guān)[23]。有研究顯示，尿液中 AD7c-NTP 水平作為AD標志物的特異性和靈敏度均可達90.0%[24]。

1.2核糖核酸類生物標志物微小RNA(microRNA,miRNA)是一類內(nèi)源的、長度為20～24個核苷酸的非編碼單鏈RNA，通過與信使RNA(messenger RNA,mRNA)3′端的非編碼區(qū)結(jié)合而抑制翻譯或使mRNA穩(wěn)定性降低，最終實現(xiàn)對目的基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[25]。有報道顯示，miRNA表達異常與AD相關(guān)，提示miRNA可作為潛在的AD生物標志物。SATOH等[26]發(fā)現(xiàn)了AD患者腦組織中約100種miRNA表達下調(diào)。TAN等[27]通過比較105例AD患者和150例健康志愿者血清中miR-9、miR-29a、miR-29b、miR-101、miR-125b及miR-181c水平，發(fā)現(xiàn)miR-125b水平升高可以作為診斷AD的血清生物標志物，其特異性約為68.3%，靈敏度約為80.8%。國內(nèi)段冉冉等[28]對與AD診斷可能相關(guān)的miRNA作了綜述。

1.3無機小分子標志物F2-異前列烷作為脂質(zhì)的氧化代謝產(chǎn)物，可以反映AD患者體內(nèi)的氧化應(yīng)激狀態(tài)。有研究顯示，F(xiàn)2-異前列烷在AD及輕度認知障礙(mild cognitive impairment,MCI)患者CSF中的水平較健康人群高[29]，提示其或可作為一個潛在的AD生物標志物。

2 AD的血液生物標志物

2.1血漿蛋白質(zhì)組學(xué)隨著生物信息學(xué)的不斷發(fā)展，利用蛋白質(zhì)芯片或質(zhì)譜分析法尋找血液中潛在的AD生物標志物的研究已成為熱點[30]。例如：AD患者血液中腦鈉肽前體(N-terminal prohormone of brain natriuretic peptide,NT-proBNP)水平升高，提示其可能是一個AD病理相關(guān)的分子；但是，NT-proBNP也是腦水腫和心力衰竭的標志物。血液中其他的生物標志物如C-反應(yīng)蛋白、胰多肽、脂肪酸結(jié)合蛋白等也有類似的特征。

除炎癥標志物外，一些微循環(huán)調(diào)節(jié)因子如腎上腺髓質(zhì)素中段前體、Ⅰ型內(nèi)皮素C-末端前體、心房利鈉肽中段前體等也能反映AD的一些特征，這些標志物在區(qū)分AD患者和健康對照者時具有良好的診斷價值，但仍需深入評價其在MCI向AD發(fā)展進程中的診斷價值[31]。

神經(jīng)元死亡產(chǎn)生的Tau蛋白的酶解產(chǎn)物可作為認知缺失的血液生物標志物；以競爭酶聯(lián)免疫吸附法檢測輕度至中度AD患者血清樣品中的Tau-A肽段(蛋白酶ADAM10酶解產(chǎn)物多肽序列為TPRGAAPPGQ)和Tau-C肽段(caspase-3酶解產(chǎn)物，多肽序列為SSTGSIDMVD)已進入Ⅲ期臨床試驗，并有最新數(shù)據(jù)表明，Tau-A與Tau-C的比值可用于預(yù)測早期AD的進展[32]。

總之，這些分子與AD有極高的相關(guān)性，但仍需要大量的臨床研究驗證血液標志物與AD的關(guān)系。另外，是否可以對AD患者血漿中的Aβ酶解多肽進行分離、鑒定，也是一個值得深入討論的問題。

2.2血漿脂類組學(xué)脂質(zhì)代謝失調(diào)與AD及其他退行性神經(jīng)疾病有關(guān)。研究顯示，脂質(zhì)參數(shù)改變可能會直接影響腦組織細胞外神經(jīng)炎性斑塊和細胞內(nèi)神經(jīng)元纖維纏結(jié)的形成[33]。最近的一項研究利用“鳥槍法”脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)比較了AD患者與健康人群血漿中的脂類組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AD患者的神經(jīng)酰胺/鞘磷脂比值顯著高于健康人群[34]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)酰胺/鞘磷脂水平可能與認知功能有關(guān)[33]，但是由于樣本量(AD患者和健康對照者各26例)太小，需要大樣本臨床研究來驗證。

2.3血源性遺傳標記眾所周知，ApoE等位基因ε4的存在會增加患AD的風(fēng)險[35]。將表觀遺傳學(xué)用于ApoEε4基因分析揭示出一些可能有助于AD疾病診斷的變化。有研究表明，與健康人群相比，AD患者ApoE基因的啟動子高度甲基化[36]。然而，這項研究來自腦組織樣本，需要進一步評估血液標本的表觀遺傳變化，并在更多的患者中進行驗證[37]。另一方面，基因的異常甲基化是導(dǎo)致AD發(fā)生的潛在誘因，如果可對血液來源的細胞如淋巴細胞進行監(jiān)測，或許會發(fā)現(xiàn)新的AD生物標志物。

除了DNA甲基化外，外周血細胞端?？s短也是AD的潛在標志物，該研究結(jié)果已被此后的多項研究證實[34]。端粒縮短現(xiàn)象在ApoEε4攜帶者中更明顯[38]。這些研究結(jié)果提示可將血細胞中端?？s短作為AD的潛在標志物，雖然外周血細胞端粒長度與AD發(fā)病機制之間的內(nèi)在聯(lián)系尚不明晰。

2.4自身抗體目前已公認AD患者存在自身抗體，但是，自身抗體對AD的病理起緩解還是惡化作用尚不明確。由于自身抗體廣泛存在于血液和腦脊液中，顯示了其作為AD生物標志物的潛力[39]。有研究表明，Aβ抗體有診斷潛能[40]；但是，這些自身抗體在體內(nèi)以游離形式或抗原-抗體復(fù)合物的形式存在，其測定對AD的診斷和(或)預(yù)后評估的有效性仍尚未明確。

NAGELE等[41]對血清自身抗體譜的研究發(fā)現(xiàn)，從AD早期到晚期，患者血清中均明顯存在自身抗體；其利用10種自身抗體組成的panel鑒別AD患者和非癡呆對照者，發(fā)現(xiàn)該panel用于AD診斷的特異性和靈敏度分別高達92.5%和96.0%。然而，這些自身抗體在更多的AD患者的表達程度以及可否區(qū)別AD與其他癡呆癥等仍有待觀察。

2.5血漿蛋白翻譯后修飾翻譯后修飾(post-translational modification,PTM)能產(chǎn)生新的、有特異結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，而非通過編碼DNA變異實現(xiàn)，也被稱為新表位[42]。一些 PTM已被確定可以用作評價疾病活動性的生物化學(xué)指標[43]。在腦脊液中，PTM作為AD標志物已得到了廣泛的應(yīng)用，如Aβ(1-40)、Aβ(1-42)和p-Tau等；但在外周血中，這些蛋白質(zhì)、多肽由于分子量大不能通過血腦屏障，因此，無法作為AD的體液生物標志物[39]。有研究表明，Tau相關(guān)多肽Tau-A和Tau-C存在于血清樣本中，并與AD患者的認知功能有關(guān)[32]。但是，其他蛋白片段能否進入血液循環(huán)而作為潛在的AD血清生物標志物，如何區(qū)分AD患者和健康對照者，以及是否可以用于評估AD患者預(yù)后等均有待進一步研究。

3 AD血液生物標志物發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)

相關(guān)生物標志物的發(fā)現(xiàn)和臨床研究結(jié)果之間缺乏一致性，以及AD與其他類型癡呆的臨床癥狀存在一定的相似性，使AD生物標志物的應(yīng)用受到嚴重制約。此外，按AD患者的年齡選擇健康的對照人群也存在AD患病風(fēng)險，但并未表現(xiàn)出明顯的臨床特征。由于并發(fā)癥相同，“健康”的非癡呆人群，甚至健康的老年人都可能會被誤診為AD。因此，考慮AD患者與對照者的并發(fā)癥是否相似是非常重要的，這對血液生物標志物的發(fā)展有很大的影響[15]。

血腦屏障存在于血液循環(huán)與腦組織之間，其主要功能是保護腦組織免受血液中潛在的有害物質(zhì)傷害，不僅減少了外界異物進入腦組織，也減少了小分子從腦組織中的釋放[44-45]，使血液生物標志物的開發(fā)更加困難，這可能是AD血液生物標志物缺乏的主要原因。但是，每天都有少量的腦脊液進入血液，這意味著某些足夠小的的蛋白質(zhì)片段可以通過血腦屏障，并有可能在血清或血漿中被檢測到[37]。此外，AD患者存在一定程度的血腦屏障完整性缺失，有可能允許一些大分子進入血液[46]。但是，現(xiàn)有的測定腦脊液中Tau蛋白的方法靈敏度不足，難以檢測AD患者血液中的Tau蛋白。

4 結(jié)語

由于AD的前期癥狀不明顯，確診一般需要經(jīng)過較長的時間。因此，AD的早期診斷和治療具有重要的意義。高度敏感性與特異性的生物標志物對AD診斷具有較大的潛力。當下CSF生物標志物的應(yīng)用受到諸多限制，因此，發(fā)展基于血液的生物標志物將有利于AD的早期診斷。AD患者血清中蛋白激酶水平研究已經(jīng)取得了可喜的進展，如：AD患者血清中糖原合成酶激酶3水平顯著升高，外周血單核細胞中蛋白激酶R水平異常升高等[47]。目前，有較多關(guān)于AD血液生物標志物的研究，這些被研究的生物標志物是否能夠用于AD的早期檢測，或者提供的預(yù)測值是否實用等，仍未可知。在藥物開發(fā)方面，一些生物標志物已經(jīng)顯示了作為療效評估標志物的可能性，但仍需進一步研究。