阿爾茨海默病的生物標志物研究進展

黃曉宇 陸 葉 白 雪

1.西南醫(yī)科大學中西醫(yī)結合學院，四川瀘州 646000；2.西南醫(yī)科大學附屬中醫(yī)醫(yī)院心腦病科，四川瀘州 646000

阿爾茨海默?。ˋlzheimer′s disease，AD）是癡呆中占比最大的疾病類型，其病理特征是β-淀粉樣蛋白（Aβ）在大腦皮層和海馬區(qū)大量沉積形成老年斑和tau 蛋白介導的細胞內神經原纖維纏結，主要癥狀包括認知功能下降、進行性的記憶喪失、逐步失去自理能力及精神癥狀等[1]。目前AD 的發(fā)病機制還并不明確，比較常見的機制假說有Aβ 蛋白沉積、tau 蛋白過度磷酸化、炎性機制、氧化應激、膽堿能假說、線粒體機制、腦血管機制等[2]。AD 是一種不可逆的疾病，其過程可分為臨床前期、輕度認知障礙期和癡呆期[3]。因為目前臨床上沒有可以治愈和逆轉AD 的藥物，所以在臨床前期盡早診斷出AD 并及時進行干預對控制患者病情及提高患者生活舒適度有重要意義。國際工作組（International Working Group，IWG）制定的IWG-2診斷標準主要基于典型臨床表型，與AD 病理機制相關的生物標志物，以及影像學[4]。但是AD 出現臨床表型往往晚于病理改變數年，而基于Aβ 和tau 蛋白的PET-CT、f-MRI 和18F-FDG PET 代謝成像存在輻射劑量高、花費較大等弊端，因此，尋找外周AD 生物標志物對AD 的早期診斷、干預具有重大意義。除此之外，美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，FDA）發(fā)布的《早期阿爾茨海默病的治療藥物研發(fā)指南》中明確表示，支持極早期的疾病干預，在此階段，患者無臨床表現，但是存在生物標志物的異常表現，并且在藥物開發(fā)基礎上，提出可以將生物標志物與疾病進展聯系起來，嘗試用治療效果與臨床結果相似的生物標志物作為藥物療效的替代評價標準[5]。本文擬主要從腦脊液、血液相關標志物進行分類總結與AD 病理機制相關的部分既定生物標志物和潛在生物標志物，以期為臨床上早期診斷及篩查AD 提供指導意義。

1 腦脊液中的生物標志物

腦脊液能夠較好地反映腦內的情況，但是獲取腦脊液需要侵入性腰穿，對患者有一定損傷性，而且不能在短時間內反復取樣，患者的接受度較低。目前腦脊液中的Aβ42、tau 蛋白和磷酸化tau 蛋白（p-tau）水平是AD 中研究較多的經典生物標志物[6]。

1.1 Aβ

淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）是AD 發(fā)生發(fā)展的一個關鍵分子，APP 經β-和γ-分泌酶蛋白水解產生Aβ，Aβ 最常見的亞型是Aβ40 和Aβ42，其中Aβ42 具有神經毒性，可誘導氧化應激，導致人體抗氧化功能改變、線粒體功能障礙、突觸可塑性和細胞結構的喪失等[7]。Sutphen 等[8]發(fā)現在一些人群中Aβ42 濃度早在中年早期就能夠觀察到縱向減少，并且Aβ42 水平降低伴隨著大腦淀粉樣斑塊的發(fā)展。Wang 等[9]的一項研究中發(fā)現腦脊液中Aβ42 減少與認知正常老年人發(fā)作性記憶變差和大腦海馬體積減小具有 相關 性。Schjonning Nielsen 等[10]對348 例AD 患者進行的一項回顧性評估發(fā)現，AD 患者的腦脊液Aβ42 水平和Aβ42/p-tau 比值皆降低。

1.2 總tau 蛋白和p-tau

tau 蛋白是一種微管相關的蛋白質，與微管結合后提高并維持微管的穩(wěn)定性，正常生理情況下，tau 蛋白對維持正常的細胞結構、功能極為重要，tau 蛋白過度磷酸化是AD 發(fā)生的關鍵病理事件，從微管上脫落的過度p-tau 蛋白，聚集成成對螺旋絲，并纏繞形成神經元纖維纏結[11]?，F已證明AD 患者腦內總tau蛋白與p-tau 水平均明顯升高。Palmqvist 等[12]發(fā)現識別輕度認知障礙（MCI）-AD 的最佳指標是腦脊液Aβ42/總tau 蛋白比值和Aβ42/p-tau 比值。Olsson 等[13]進行的一項薈萃分析發(fā)現腦脊液總tau 蛋白、p-tau與AD 密切相關，能將AD 患者與正常人區(qū)分開：腦脊液總tau 蛋白（平均比率2.54%，95%CI：2.44~2.64），p-tau（平均比率1.88%，95%CI：1.79~1.97）。Oboudiyat等[14]的一項回顧性評估提出腦脊液總tau 蛋白、p-tau指數可作為AD 的預測指標，并且能識別非遺忘性癡呆中的AD。

1.3 潛在腦脊液生物標志物

為了早期識別、診斷AD，研究者也在積極尋找腦脊液中除上述經典生物標志物以外的潛在生物標志物。近年來，亦有不少潛力較大的生物標志物被挖掘出來。對這些潛在生物標志物進行研究驗證并正確用于臨床上，對AD 的診斷及治療有重要意義。

1.3.1 神經絲輕鏈（neurofilament light，NFL） 血清和腦脊液中的NFL 是AD 的一個潛在生物標志物。神經絲蛋白（neurofilaments，NF）存在于成熟神經元中，是構成神經元細胞骨架的重要成分，NF 在軸突構成和軸突運輸中起重要作用，可以維持神經元的正常形態(tài)以及防止神經纖維斷裂。NFL 是NF 的主要組成成分，研究證明NFL 是神經元與軸突損傷的分子標志物，腦脊液和血漿中NFL 水平升高可提示軸突損傷和神經元[15]。Eratne 等[16]研究發(fā)現NFL 還可以將包括AD 在內的神經退行性疾病與精神疾病區(qū)分開，神經退行性疾病中的NFL 水平明顯更高。Zhao 等[17]的一項研究證實相比正常人而言，AD 患者中腦脊液和血清/血漿NFL 水平顯著升高。

1.3.2 神經顆粒蛋白 神經顆粒素（neurogranin，Ng）是一種神經元突觸后蛋白，在學習記憶和突觸可塑性等方面起重要作用，在AD 患者腦脊液中，Ng 水平明顯升高，Ng 可以作為AD 中突觸喪失的腦脊液生物標志物，幫助診斷早期AD[18]。Headley 等[19]研究發(fā)現腦脊液Ng 水平可以預測早期AD 患者記憶和執(zhí)行功能的縱向下降。Wellington 等[20]評估正常人以及癡呆、突觸核蛋白病等神經退行性疾病患者腦脊液中Ng 的特異性，發(fā)現AD 患者腦脊液Ng 濃度最高，且Ng 濃度與總tau 蛋白的關聯性強。

1.3.3 可溶性血小板衍生生長因子受體β（sPDGFRβ）Sweeney 等[21]發(fā)現，血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）破壞和功能障礙在AD 的疾病進程中早于Aβ42沉積和tau 蛋白磷酸化，早期AD 患者大腦海馬體會發(fā)生毛細血管損傷和BBB 破壞，出現BBB 的滲透性增加、大腦微出血、葡萄糖運輸障礙、P-糖蛋白功能減退等，BBB 破壞可作為AD 的早期獨立生物標志物。而主要在周細胞中表達的sPDGFRβ 經研究證實可以作為周細胞損傷及BBB 功能障礙的標志物，所以有理由認為sPDGFRβ 也可用作早期AD 的潛在生物標志物[22]。Nation 等[23]發(fā)現BBB 破壞及功能障礙與sPDGFRβ 水平成正相關，并且腦脊液sPDGFRβ 升高伴有更嚴重的臨床癡呆癥評分（CDR），較高的腦脊液sPDGFRβ 是認知障礙的重要預測指標。Miners 等[24]的一項研究觀察到AD 患者腦脊液sPDGFRβ 水平明顯升高，并且與清蛋白（r=0.45）、總tau 蛋白（r=0.50）以及p-tau（r=0.41）成正相關。上述研究均顯示sPDGFRβ作為獨立于Aβ 和tau 的生物標志物在早期識別AD中具有重要作用。

2 血液中的生物標志物

近年來對外周血中AD 生物標志物的研究越來越多。相比于腦脊液，血液樣本獲取更加便利，而且創(chuàng)傷較小，在短時間內可多次采血，患者的接受度也較高。血液中的生物標志物研究取得了很多進展，研究較多的生物標志物有血液中的Aβ、tau 蛋白、NFL 以及miRNA 等。

2.1 血漿Aβ

血漿Aβ 也是AD 生物標志物研究的一個熱點。黃攀等[25]的一項臨床研究發(fā)現AD 患者外周血Aβ[（51.26±9.24）pg/ml]、tau 蛋白水平[（13.64±2.91）pg/ml]明顯低于正常人。王治國等[26]也觀察到AD 患者血漿tau 蛋白水平高于正常人，而血漿Aβ42 水平低于正常人；在其另一項研究[27]中發(fā)現AD 患者血漿Aβ42水平、Aβ42/Aβ40 比值與11C 標記的匹茲堡化合物B正電子放射斷層攝影術（11C-PIB PET）標準化攝取值比（SUVR）成負相關（rAβ42=-0.461，rAβ42/Aβ40=-0.633），血漿Aβ40 與11C-PIB PET 顯像SUVR 值成正相關（r=0.430），提出血漿Aβ42/40 比值可預測腦淀粉樣蛋白沉積水平，11C-PIB PET Aβ 沉積量與血漿Aβ42/Aβ40可作為診斷AD 的生物標志物。

2.2 血漿tau 蛋白

腦脊液總tau 蛋白和p-tau 已經證實可以作為生物標志物用于AD 的早期診斷，近年來關于血漿中tau 蛋白的研究也有展開。Chen 等[28]對人體血漿標本中的tau 蛋白水平進行測量，發(fā)現AD 患者、輕度認知功能障礙患者的血漿tau 蛋白水平顯著升高?？到ㄈA等[29]以105 例AD 患者和42 例正常人為研究對象，檢測受試者的血漿總tau 蛋白和p-Tau 蛋白水平，發(fā)現AD 患者血漿p-tau 蛋白水平高于健康人群。但是由于血漿中tau 蛋白含量低且特異性不高、檢測難度較大等原因，血漿tau 蛋白檢測作為AD 早期診斷的生物標志物推廣具有一定難度[30]。下一步可以開展更多有助于改善檢測技術的研究。

2.3 血漿NFL

血漿NFL 是早期診斷AD 的一個潛力巨大的生物標志物。Lin 等[31]測量了AD 患者、輕度認知障礙患者、非癡呆帕金森病患者以及帕金森病癡呆患者和認知健康者的血漿NFL 水平，觀察到AD 患者的血漿NFL 水平顯著增加，血漿NFL 水平升高與AD 的認知能力下降有關，血漿NFL 對AD 更具特異性。Mattsson等[32]在一項病例對照研究中觀察到，與認知正常人群相比，AD 患者的血漿NFL 水平明顯升高，且與腦脊液NFL 成正相關。

2.4 血漿中的miRNA

miRNA 是一類長度約為22 個核苷酸的非編碼單鏈RNA 分子，在基因表達調控中起重要作用[33]。miRNA 在神經元的發(fā)育及功能中有重要作用，miRNA 與AD 的發(fā)生發(fā)展有關，在AD 中，miRNA 與軸突異常以及突觸喪失等病理特征有關，因此，越來越多的研究來驗證miRNA 是否能用來早期診斷AD。Yang等[34]的一項研究觀察到AD 患者血清中的外泌體miR-135a 和miR-384 均被上調，而miR-193b 被下調，miR-135a、miR-193b 和miR-384 聯合使用可以很好地早期診斷AD。Herrera-Espejo 等[35]的一項系統評價發(fā)現，在遲發(fā)型AD 患者中檢測出miR-125-5p、hsamiR-132-3p、hsa-miR-181-3p 和hsa-miR-212-3p。Wang 等[36]研究發(fā)現AD 患者的miR-200a-3p 處 于抑制狀態(tài)。以上研究顯示，miRNA 是AD 的一個有力的潛在生物標志物，但是miRNA 能否在臨床上用于早期診斷AD 還需要更多的研究來證實。

3 小結與展望

AD 是一個全球性的問題，并且隨著全球老齡化的趨勢而日益加劇。因為AD 早期癥狀隱匿、難以發(fā)覺，診斷難度較大，多數患者確診時已是疾病的中后期，基于目前針對治療中晚期AD 的藥物開發(fā)的困難局面，早期診斷、干預AD 對控制患者病情、改善患者生活質量意義重大。檢測AD 的生物標志物是確診AD 的重要手段，并且可以幫助闡明AD 的發(fā)病機制，對于盡早確診、治療十分重要。然而目前用于臨床診斷的生物標志物十分有限，因此，應推動尋找合適的AD 生物標志物的研究，包括尋找新的生物標志物和進一步驗證潛在生物標志物的實用性。血液相較于腦脊液而言采集方便、易于獲得、患者接受度較高，目前在外周發(fā)現了較多的潛在生物標志物，但是其確切的診斷效能和特異性尚需進一步檢驗。而改進現有的檢測方法，開發(fā)更加先進、完善、靈敏度更高的手段對輔助AD 生物標志物的尋找同樣具有重要意義。