阿爾茨海默病體液生物標(biāo)記研究進展

楊聯(lián)勇 沈金娥 余發(fā)春

云南省精神病醫(yī)院，云南省昆明市 650224

目前對于阿爾茨海默病(AD)的診斷主要基于臨床表現(xiàn)，最新的診斷標(biāo)準(zhǔn)由美國國立老化研究所和阿爾茨海默病協(xié)會(NINCDS-ADRDA)于2011年進行更新，主要針對的是AD癡呆階段和MCI期的診斷。這個階段患者已經(jīng)出現(xiàn)明顯的臨床癥狀。而在AD出現(xiàn)臨床癥狀以前多年，就已經(jīng)出現(xiàn)病理學(xué)變化，這個時期稱為臨床癥狀前期AD或者是癡呆前階段AD。對于臨床癥狀前期AD的診斷需要尋找AD相關(guān)的生物標(biāo)記。理想的AD體液生物標(biāo)記檢測應(yīng)該是可靠、可重復(fù)、非侵入性、檢測簡便以及價格低廉的，同時還能夠在大規(guī)模人群中開展，例如在臨床實驗和基層醫(yī)療機構(gòu)中進行。本篇綜述首先總結(jié)了已經(jīng)廣泛獲得認同的三種AD腦脊液核心生物標(biāo)記，繼而討論了部分研究獲得一致意見的相關(guān)新型體液生物標(biāo)記。由于已經(jīng)公布的血液生物標(biāo)記研究數(shù)量有限，本文中大部分檢測的體液生物標(biāo)記是腦脊液中的生物標(biāo)記，少部分同時包括血液中的生物標(biāo)記。

1 AD病理變化的核心體液生物標(biāo)記

1.1 Aβ Aβ是淀粉樣前體蛋白(APP)被β位淀粉樣蛋白裂解酶1(BACE1)和γ分泌酶裂解后的產(chǎn)物。由于γ分泌酶裂解APP跨膜區(qū)域位置不是很精確，導(dǎo)致生成的Aβ肽鏈長度不一，根據(jù)Aβ肽鏈氨基酸的數(shù)量，主要分為Aβ38、Aβ40、Aβ42、Aβ43等。某些Aβ種類的變化與AD相關(guān)，下面主要討論Aβ42與Aβ40。隨著AD病程的發(fā)展，Aβ種類的相關(guān)變化情況尚未明確。

Aβ42是42個氨基酸長度的Aβ，只占腦脊液和血漿Aβ中的一小部分，但是在AD患者大腦中，Aβ42是老年斑的主要Aβ成分。Motter等首次報道AD患者腦脊液Aβ42水平降低。接著多項研究一致發(fā)現(xiàn)，腦脊液Aβ42水平和尸體解剖中老年斑數(shù)量呈負相關(guān)，也和體內(nèi)PET淀粉樣成像呈負相關(guān)。

腦脊液Aβ42，聯(lián)合t-tau和p-tau，作為支撐AD診斷的核心生物標(biāo)記，已經(jīng)得到廣泛接受。有研究表明，這些生物標(biāo)記也可以運用于認知功能正常人群和輕度認知障礙(MCI)患者，可以對疾病發(fā)展進行預(yù)后估計。腦脊液Aβ42也能用于AD與額顳葉癡呆的鑒別診斷，但是和其他的非AD癡呆有明顯的重疊。

研究人員在開發(fā)新的技術(shù)，用于檢測血液中的Aβ42。最近的研究采用超靈敏度的檢測方法，以及全自動的免疫檢測技術(shù)，結(jié)果證實血漿中的Aβ有可能作為疾病篩查生物標(biāo)記。研究表明，血漿中的Aβ42和Aβ42/Aβ40的比值，與其在腦脊液中的水平，以及Aβ的PET成像之間有關(guān)聯(lián)[1]。如果正常的人群出現(xiàn)認知功能減退，血漿Aβ42/Aβ40比值可以預(yù)測患者進展為MCI或癡呆的風(fēng)險程度。

Aβ40是大腦組織、腦脊液和血漿中的主要的Aβ類型，但是似乎不同于Aβ42對AD的致病作用。有研究報道Aβ40具有保護作用，可以對抗Aβ斑塊的形成。雖然腦脊液Aβ40在AD相關(guān)研究中尚未取得一致結(jié)論，但是腦脊液Aβ42/Aβ40的比值顯示出可以很好地預(yù)測Aβ淀粉樣成像陽性，要高于單獨的Aβ42。在區(qū)分AD和非AD癡呆患者中，Aβ42/Aβ40的比值也似乎比單獨的Aβ42更好[2]。

1.2 β位淀粉樣前體蛋白裂解酶1(BACE1) 有研究報道MCI患者腦脊液BACE1活性和蛋白水平，比AD患者或者對照組升高。AD患者也比對照組升高。此外，在AD 和MCI患者中，APOEε4等位基因攜帶者腦脊液BACE1活性升高。MCI進展為AD的患者，比穩(wěn)定的MCI患者腦脊液BACE1活性升高。也有研究檢測血漿BACE1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AD患者和對照組之間有差異性。此外，在MCI進展為AD的患者，相比穩(wěn)定的MCI或者AD患者，BACE1活性升高[3]。

1.3 Tau蛋白 腦脊液總tau蛋白(t-tau)和磷酸化tau蛋白(p-tau)也被認為是支持AD診斷的核心標(biāo)記物。AD和對照組之間的腦脊液t-tau和p-tau水平有顯著性差異。尤其是在其他類型癡呆中腦脊液p-tau的水平都是正常，因此p-tau可以作為AD與其他類型癡呆的鑒別診斷標(biāo)記。當(dāng)同時檢測腦脊液tau蛋白和Aβ42水平時，可以明顯提高對AD的診斷效能。研究發(fā)現(xiàn)，腦脊液t-tau/Aβ42和p-tau/Aβ42的比值，比任何一種單獨的指標(biāo)，更能辨別出Aβ陽性PET成像患者。在另一項研究中，通過尸體解剖確診的AD患者和對照組，腦脊液t-tau/Aβ40和p-tau/Aβ42是區(qū)分兩組患者的最好指標(biāo)。聯(lián)合使用tau蛋白和Aβ標(biāo)記物還可以預(yù)測AD的進展。研究發(fā)現(xiàn)，腦脊液t-tau/Aβ42和p-tau/Aβ42可以預(yù)測認知正常的人出現(xiàn)認知功能減退，也可以預(yù)測MCI患者進展為AD。

2 血管調(diào)節(jié)障礙

腦血管疾病和AD共患的情況比其他神經(jīng)退行性疾病更為常見。很久以前就有人提出血管調(diào)節(jié)異常是AD的主要影響因素。血管調(diào)節(jié)異常對AD產(chǎn)生影響的時間點一直有爭論，最近的研究發(fā)現(xiàn)血管調(diào)節(jié)異常比Aβ病變出現(xiàn)更早。國外學(xué)者提出，對于晚發(fā)型AD，血管調(diào)節(jié)異常是最早出現(xiàn)和最重要的病理學(xué)變化，接著才是Aβ沉積，神經(jīng)元糖代謝障礙，細胞功能受損，大腦灰質(zhì)萎縮。

心型脂肪酸結(jié)合蛋白(hFABP)是一種心血管系統(tǒng)相關(guān)的體液生物標(biāo)記，已經(jīng)長期用于心肌梗死。目前有研究提出將之作為AD的生物標(biāo)記。研究顯示hFABP和腦脊液Aβ42水平相關(guān)，但是與認知功能障礙無相關(guān)性[4]。研究發(fā)現(xiàn)腦脊液hFABP和AD有中等程度的相關(guān)性。腦脊液hFABP顯示出可以預(yù)測MCI進展為AD的風(fēng)險。

3 炎癥反應(yīng)和神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化

3.1 髓系細胞觸發(fā)受體2(TREM2) 炎癥反應(yīng)也被認為是AD發(fā)病機理的一個環(huán)節(jié)。Aβ斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFT)在大腦中誘發(fā)免疫反應(yīng)，促進神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化。TREM2是一種炎癥反應(yīng)和神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化的體液生物標(biāo)記。TREM2在多種髓系細胞上表達，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)膠質(zhì)細胞，具有多種生理學(xué)功能，包括調(diào)節(jié)髓系細胞數(shù)量、吞噬作用、炎癥反應(yīng)。TREM2在AD大腦中上調(diào)，通過吞噬作用清除Aβ，在疾病早期階段具有保護作用。但是由于同時激活了炎癥反應(yīng)，在疾病的后期具有致病作用。

腦脊液中可以檢測出可溶性的TREM2(sTREM2)，具有作為AD生物標(biāo)記的潛力。其中一項研究發(fā)現(xiàn)，AD常染色體顯性遺傳變異的攜帶者，在出現(xiàn)臨床癥狀5年以前腦脊液中的sTREM2水平升高。一些研究發(fā)現(xiàn)，AD和MCI組患者比對照組腦脊液sTREM2水平輕度升高，AD所致MCI組也比其他AD組(臨床前期AD組或者是AD癡呆組)升高[5]。

3.2 甲殼質(zhì)酶蛋白40(YKL-40) YKL-40在多種炎癥環(huán)境和癌癥時上調(diào)，可能具有促炎癥反應(yīng)和血管生成的作用。在AD患者上，YKL-40在臨近Aβ斑塊的星形膠質(zhì)細胞上表達，并和tau病變呈正相關(guān)，表明YKL-40在AD炎癥反應(yīng)和其他的tau病變中起作用[6]。有研究顯示AD患者腦脊液YKL-40水平比對照組升高，較晚的臨床前期AD也比早期的臨床前期AD患者YKL-40升高。也有研究采用血漿中的YKL-40作為AD生物標(biāo)記進行檢測，結(jié)果顯示輕度AD患者和早期AD患者比對照組升高。但是，血漿中的YKL-40無法證實可以預(yù)測認知功能減退?？傊?，目前的證據(jù)支持將腦脊液YKL-40作為AD患者神經(jīng)元炎癥反應(yīng)或是星形膠質(zhì)細胞增生的生物標(biāo)記。

3.3 γ干擾素誘導(dǎo)蛋白10(IP-10) 還有其他的炎癥反應(yīng)標(biāo)記，如IP-10由多種細胞分泌，在炎癥反應(yīng)和血管生成中起作用，有研究報道在MCI和輕度AD患者腦脊液中升高，但是在重度AD患者中則沒有升高。最近的一項研究報道，在無癥狀老年人群中，腦脊液IP-10水平升高和腦脊液t-tau以及p-tau升高相關(guān)[7]。

還有很多其他的炎癥標(biāo)記作為AD生物標(biāo)記進行過研究，但是結(jié)果尚未取得一致。包括IL-6、TNF-α、IL-1β、TGF-β、IL-12和IL-18等。這些研究結(jié)果得出的一個共同點，就是強調(diào)了AD伴隨著炎癥反應(yīng)的事實。

4 突觸功能障礙

突觸功能障礙和突觸丟失是AD病理學(xué)早期的變化。在MCI和早期AD患者上，尸體解剖發(fā)現(xiàn)突觸丟失的水平和患者生前認知功能相關(guān)。AD患者突觸丟失的病理變化不僅是出現(xiàn)在老年斑附近，也可以出現(xiàn)在整個神經(jīng)纖維網(wǎng)上。更重要的是，在AD患者相同大腦皮質(zhì)區(qū)域，突觸丟失程度比神經(jīng)元丟失更嚴(yán)重。突觸功能障礙的體液標(biāo)記主要包括神經(jīng)顆粒素(Neurogranin)、突觸相關(guān)蛋白-25(SNAP-25)和突觸結(jié)合蛋白(synaptotagmin)。

4.1 神經(jīng)顆粒素 神經(jīng)顆粒素主要在樹突脊上表達，通過調(diào)節(jié)鈣離子結(jié)合蛋白——鈣調(diào)蛋白，在突觸后信號傳遞過程中起作用。動物模型和基因研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)顆粒素和認知功能以及突觸可塑性有關(guān)。尤其是腦脊液神經(jīng)顆粒素已經(jīng)被認為是突觸變性的標(biāo)記[8]，和其他的突觸蛋白一起，有望成為AD的新型生物標(biāo)記。AD患者和MCI患者腦脊液神經(jīng)顆粒素水平比對照組和非AD癡呆患者高[8]。多項研究發(fā)現(xiàn)腦脊液神經(jīng)顆粒素可以預(yù)測疾病的進展，包括認知功能正常的對照組將來出現(xiàn)認知功能受損的風(fēng)險。此外在Aβ病變的患者上，腦脊液神經(jīng)顆粒素水平與大腦萎縮相關(guān)。

4.2 SNAP-25和突觸結(jié)合蛋白 神經(jīng)遞質(zhì)通過突觸囊泡的胞外分泌釋放，過程很復(fù)雜，需要多種蛋白介導(dǎo)，其中就包括由SNAP-25組成的SNARE蛋白復(fù)合物和突觸結(jié)合蛋白。尸體解剖研究發(fā)現(xiàn)，AD大腦中多種突觸蛋白水平改變，包括SNAP-25和突觸結(jié)合蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，AD或者是MCI患者腦脊液SNAP-25和突觸結(jié)合蛋白水平比對照組升高。國外一項隊列研究發(fā)現(xiàn)，AD患者和Aβ陽性的MCI患者基線腦脊液SNAP-25水平，比認知功能正常組和Aβ陰性MCI患者組高。在平均追蹤隨訪4年時間里，AD組SNAP-25水平縱向降低，其他組則沒有顯著性的縱向變化[9]。

5 α突觸核蛋白(α-Synuclein)病理學(xué)變化

α突觸核蛋白在神經(jīng)元蛋白中含量較多，主要位于突觸間隙前端，參與囊泡融合和神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程。α突觸核蛋白聚集成為路易體的主要成分。α突觸核蛋白病變主要包括帕金森病、帕金森病性癡呆、路易體癡呆以及多系統(tǒng)萎縮。盡管如此，半數(shù)的散發(fā)性AD患者大腦上，除了AD病理學(xué)變化外，還伴隨有α突觸核蛋白聚集，幾乎所有的早老素-1突變的家族性AD患者伴隨有α突觸核蛋白聚集。雖然腦脊液α突觸核蛋白作為帕金森病的生物標(biāo)記已經(jīng)進行過研究，但是MCI和AD患者腦脊液的α突觸核蛋白水平也比對照組升高[10]。研究發(fā)現(xiàn)AD患者腦脊液α突觸核蛋白與腦脊液t-tau有強相關(guān)性，與p-tau有弱相關(guān)性。

6 脫氧核糖核酸結(jié)合蛋白43(TDP-43)病理學(xué)變化

TDP-43可以結(jié)合DNA和RNA ，參與基因轉(zhuǎn)錄和剪切。在病理條件下，TDP-43在細胞質(zhì)中聚集，并被高度磷酸化或是泛素化，形成細胞質(zhì)中的包涵物，在20%～50%的AD患者上也可以檢測到這種TDP-43病理學(xué)變化，而且和更明顯的腦萎縮、記憶力喪失以及認知功能受損相關(guān)。研究顯示TDP-43病理學(xué)變化能夠被Aβ誘發(fā)，而且TDP-43對神經(jīng)元炎癥反應(yīng)也有作用，也可能在線粒體和神經(jīng)元功能障礙中起作用[11]。有一項研究報道，大部分AD患者血漿中的TDP-43比對照組升高。另外一項小規(guī)模研究發(fā)現(xiàn)血漿TDP-43升高的MCI前期患者，后來進展為AD癡呆。

7 鐵毒性

鐵對于大腦的正常功能有重要作用，但是如果鐵過量也會導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。研究發(fā)現(xiàn)AD患者大腦鐵升高，MCI患者大腦鐵也升高。鐵是具有氧化還原性質(zhì)的活性金屬，體外研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鐵可以結(jié)合Aβ，并導(dǎo)致Aβ沉積，同時釋放過氧化氫。細胞內(nèi)的鐵可以影響APP的代謝，并可以結(jié)合過磷酸化的tau蛋白，并誘導(dǎo)蛋白聚集。

鐵蛋白是體內(nèi)主要的細胞內(nèi)鐵儲存蛋白，在大腦鐵平衡中有重要作用。AD大腦組織的鐵蛋白升高[12]。腦脊液鐵蛋白水平升高和認知功能減退相關(guān)，并能預(yù)測MCI進展為AD。

8 其他的神經(jīng)元蛋白質(zhì)

8.1 視錐蛋白樣蛋白-1(VILIP-1) VILIP-1是一種神經(jīng)元鈣傳感蛋白，參與突觸可塑性相關(guān)的信號傳遞。研究發(fā)現(xiàn)這種蛋白和AD有關(guān)聯(lián)，并且和腦脊液t-tau和p-tau相關(guān)，這些證據(jù)支持將VILIP-1作為神經(jīng)退行性疾病的標(biāo)記。多項研究發(fā)現(xiàn)，AD患者腦脊液VILIP-1水平比對照組升高[13]。有一項研究發(fā)現(xiàn)AD組患者在平均隨訪4年的時間里，腦脊液VILIP-1水平呈縱向降低，其他組患者則無顯著縱向變化。

8.2 神經(jīng)纖維細絲蛋白(NF) NF是神經(jīng)元表達的一種神經(jīng)中間絲蛋白，大量存在于軸突中。NF對于軸突形成放射狀生長至關(guān)重要，并可以成為神經(jīng)元的支撐結(jié)構(gòu)，傳導(dǎo)電脈沖信號。最近的研究發(fā)現(xiàn)NF對于維持正常突觸功能也非常重要。NF異常聚集和結(jié)構(gòu)改變在很多神經(jīng)退行性疾病中出現(xiàn)，包括AD和帕金森病。腦脊液NF-L亞單位在多種神經(jīng)退行性疾病中升高，可以作為軸突損傷的標(biāo)記。研究發(fā)現(xiàn)AD患者和MCI患者腦脊液NF-L水平比對照組升高，并且和MCI和癡呆患者生存期縮短相關(guān)[14]。最近也有研究報道血液中的NF-L作為多種神經(jīng)退行性疾病的生物標(biāo)記，其中包括AD。有研究顯示AD患者血漿或是血清NF-L水平比對照組升高。此外，血漿NF-L似乎與認知功能降低和大腦萎縮相關(guān)[15]。綜合上述研究，提示腦脊液和血漿NF-L都有望成為AD和其他神經(jīng)退行性疾病的生物標(biāo)記，可以作為軸突損傷的非特異性標(biāo)記并用于預(yù)后估計。

9 總結(jié)

AD治療的關(guān)鍵在于早期診斷、早期干預(yù)治療。AD相關(guān)基因突變所致的家族性AD只占了AD總病例數(shù)的極小部分，絕大部分的散發(fā)性AD目前仍缺乏有效的診斷生物標(biāo)記。目前國外在AD新藥臨床實驗中使用AD相關(guān)的核心生物標(biāo)記Aβ42、Aβ40、p-tau和t-tau作為實驗招募受試者的標(biāo)準(zhǔn)，有望在臨床實驗中取得一定進展。同時，在基層醫(yī)療單位中，仍迫切需要開發(fā)出新的診斷指標(biāo)，侵入性低、可重復(fù)、可信度高的檢測方法，比如血液中的AD生物標(biāo)記，對于早期篩查AD高危人群有重要意義。聯(lián)合使用這些核心生物標(biāo)記，有望提高AD的診斷效能。