MAPT基因突變額顳葉癡呆tau蛋白靶向正電子發(fā)射計算機斷層顯像技術(shù)研究進展

孔雨 武力勇

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科（北京100053）

額顳葉癡呆（frontotemporal dementia，F(xiàn)TD）是以精神行為異常、語言功能損害、執(zhí)行功能障礙為主要特征的神經(jīng)系統(tǒng)退行性變疾病。其發(fā)病率較低，卻是60 歲以下最常見的癡呆類型，被認為是一種早發(fā)型的癡呆［1］。約40%的FTD 患者有家族史，10%為常染色體顯性遺傳［2］。至于其致病基因，相關(guān)研究已提示多種致病基因突變位點，包括MAPT 基因、GRN 基因、C9orf72 基因片段的重復(fù)、VCP 基因、CHMP2B 基因、TARDBP 基因及FUS 基因等［3］。

FTD 的病理機制存在較大異質(zhì)性。其中，MAPT 突變所致異常tau 蛋白聚集是其主要病理機制之一［4］，但MAPT 基因是如何通過腦內(nèi)tau 蛋白異常聚集引起神經(jīng)退行性變從而導(dǎo)致FTD 發(fā)病的具體機制仍未完全闡明。另外，因MAPT 基因突變所致FTD 發(fā)病外顯率高，在中國FTD 人群中所占比例較大，因此明確MAPT 基因突變所致tau 蛋白病變的進展過程，對揭示FTD 發(fā)病機制及其診治有著極為重要的意義，而tau 蛋白靶向正電子發(fā)射計算機斷層顯像（positron emission tomography，PET）技術(shù)的發(fā)展使之成為可能。本文就MAPT 基因突變FTD 的tau PET 研究進展做一綜述。

1 MAPT 基因與tau 蛋白

1.1 MAPT 基因與tau 蛋白生物學(xué)特性MAPT基因位于17 號染色體長臂17q21，主要編碼tau 蛋白，包含16 個外顯子。通過選擇性剪切外顯子2、3、10 可產(chǎn)生352～441 個氨基酸的6 種tau 蛋異構(gòu)體，其中選擇性剪切外顯子10可產(chǎn)生含有3個微管結(jié)合重復(fù)序列和4 個微管結(jié)合重復(fù)序列tau 蛋白，即3R-tau 和4R-tau。健康成年人腦組織中3R-tau與4R-tau 的比例約為1∶1。生理情況下tau 蛋白廣泛存在于神經(jīng)元內(nèi)，在腦內(nèi)主要集中在神經(jīng)細胞軸突之中，可促進微管組裝，維持微管穩(wěn)定性，并參與細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞穩(wěn)定性維持等正常生理活動。正常tau 蛋白異構(gòu)體比例對防止神經(jīng)變性有十分重要的作用［5］。

1.2 MAPT 基因突變與病理性tau蛋白MAPT 基因是第一個發(fā)現(xiàn)與FTD 相關(guān)的基因，其突變可致連鎖于17 號染色體伴帕金森病的額顳葉癡呆（Frontotemporal Dementia with Parkinsonism linked to chromosome 17，F(xiàn)TDP-17）［6-7］。目前已報道了50多個突變位點，主要位于第9～13 號外顯子以及第10 號外顯子臨近的內(nèi)含子區(qū)域［8］。MAPT 基因突變主要通過兩種途徑影響tau 蛋白的正常功能。一是可通過影響前體mRNA 選擇性剪切改變3Rtau 與4R-tau 異構(gòu)體的正常比例。內(nèi)含子和外顯子的突變均可影響RNA 水平，并且不同位點突變可產(chǎn)生不同類型tau 蛋白病變，即病理性3R-tau，4R-tau 及3R/4R-tau。二是從蛋白水平來改變tau蛋白的正常功能。MAPT 基因突變可使tau 蛋白過度磷酸化。研究［9］表明tau 蛋白的磷酸化對tau 蛋白與微管蛋白的結(jié)合起負性調(diào)節(jié)的作用，即降低tau 蛋白與微管蛋白間相互作用的能力，使tau 蛋白之間相互作用增強，在胞漿中聚集沉積，從而影響微管的組裝和穩(wěn)定性的維持。

病理性tau 蛋白沉積的細胞毒性作用以及各種tau 蛋白異構(gòu)體之間的比例失衡是FTD 潛在的致病機制。定性及定量分析各型tau 蛋白的分布變化對進一步闡明FTD 發(fā)病機制及未來FTD 早期篩查診斷和治療靶點至關(guān)重要。

2 tau PET 在MAPT 基因突變FTD 中研究進展

早期對于腦內(nèi)tau 蛋白的研究只能通過病理學(xué)手段。Tau蛋白單體聚集形成的纖維蛋白絲可被淀粉樣蛋白結(jié)合染料標(biāo)記，如剛果紅、噻吩等［10-11］。但基于病理學(xué)的診斷存在較大風(fēng)險，只能在尸檢中進行，因此無法反映tau 蛋白含量隨疾病進展的變化。隨著PET 影像技術(shù)的發(fā)展，使得在活體水平定性定量的反復(fù)檢測腦內(nèi)tau 蛋白沉積部位及其變化成為可能。

2.1 tau PET 示蹤劑的選擇理想的選擇性tau蛋白示蹤劑必須能夠透過血腦屏障，具有可特異性、可逆性結(jié)合病理性tau 蛋白且不與其他分子非特異性結(jié)合的特點，同時應(yīng)滿足標(biāo)記同位素的半衰期較長能充分到達腦內(nèi)各區(qū)域，能從血液中快速清除［12-14］。AGDEPPA 等［15］首先研制出與tau 蛋白結(jié)合的示蹤劑［18F］FDDNP，但因其在腦內(nèi)攝取率較低且能與β淀粉樣蛋白非特異性結(jié)合而被棄用。近年來一些新型示蹤劑相繼研發(fā)并用于臨床研究，包括一代示蹤劑如［18F］THK5317，［18F］THK5351，［18F］AV1451，［11C］PBB3 等，二代示蹤劑如［18F］MK-6240，［18F］RO-948，［18F］PI-2620，［18F］GTP1，［18F］PM-PBB3 和［18F］JN J64349311［18F］JNJ311 等［16-22］。

2.2 ［18F］AV-1451 PET研究進展［18F］AV-1451是第一個報道也是目前應(yīng)用最廣泛的選擇性結(jié)合tau 蛋白的示蹤劑，因其幾乎不與淀粉樣蛋白結(jié)合，早期用于檢測AD 中tau 蛋白，即3R/4R-tau，研究［17］表明［18F］AV-1451 可特異性結(jié)合3R/4R-tau且其攝取程度與AD 臨床癥狀的嚴重程度明顯相關(guān)。但因MAPT 基因突變所致FTD 突變位點不同，產(chǎn)生的tau 蛋白存在異質(zhì)性，包括3R-tau、4Rtau 和3R/4R-tau，因此與［18F］AV-1451 的結(jié)合可能存在差異。

為了探究［18F］AV-1451 PET 能否準確反映MAPT 基因突變FTD 中tau 蛋白沉積情況，近年來學(xué)者們對不同突變位點的FTD 患者進行tau PET 研究，截至目前主要有4 項相關(guān)研究。對1例V337M位點突變患者研究結(jié)果顯示，［18F］AV-1451 儲留的部位和程度與MRI 所示腦萎縮程度以及臨床癥狀嚴重程度密切相關(guān)，并且與其母親尸檢所示病理性tau 蛋白沉積的腦區(qū)高度一致［23］。但此研究中tau PET與病理學(xué)檢查并非在同一個體進行，因此為了避免其帶來的研究誤差，SMITH 等［24］在1例R406W 位點突變患者先后進行［18F］AV-1451 PET及尸檢，證實［18F］AV-1451 在額葉、顳葉以及基底節(jié)攝取增加，與尸檢所示病理性tau 蛋白沉積區(qū)域一致。隨后JONES 等［25］對13例MAPT 基因突變攜帶者（N279Kn=5，S305Nn=2，P301Ln=1，V337Mn=2，R406Wn=3）、30例AD 患者和241例健康對照進行tau PET 掃描，結(jié)果表明對于第10 號外顯子之外的位點（V337M 和R406W）突變所產(chǎn)生的3R/4R-tau，［18F］AV-1451 在顳極有較強滯留，并且這種滯留程度與AD 對照組相近；第10 號外顯子（N279K、S305N、P301L）突變產(chǎn)生的為4R-tau，［18F］AV-1451 的結(jié)合較低且主要分布在白質(zhì)，與健康對照組無明顯差異，并且與臨床癥狀的嚴重程度無相關(guān)性，即使在嚴重萎縮的腦區(qū)也未達到3R/4Rtau 蛋白病變中示蹤劑儲留水平，另外在一些非tau蛋白病變的區(qū)域也觀察到與病理性tau 蛋白沉積部位相近甚至更高劑量的示蹤劑儲留，因此這些4R-tau 病變部位低劑量的示蹤劑儲留與tau 蛋白是否相關(guān)尚不能確定。由此可見［18F］AV-1451 與3R/4R-tau 結(jié)合較好，而與4R-tau 結(jié)合卻不理想。TSAI 等［26］研究也發(fā)現(xiàn)，在V337M 和R406W 突變FTD 患者［18F］AV-1451 PET 可見較強示蹤劑儲留，而P301L 突變FTD 患者雖然已處于疾病的晚期并且已有嚴重腦萎縮，卻只在雙側(cè)顳葉和右側(cè)枕葉表現(xiàn)出輕度示蹤劑儲留。另外，此研究中兩例臨床表現(xiàn)為輕度認知障礙的內(nèi)含子10+16 突變攜帶者（4R-tau 蛋白病變）也只表現(xiàn)出較低的示蹤劑儲留，雖然這可能與兩例患者尚處于疾病的早期階段，tau 蛋白沉積可能尚未達到峰值有關(guān)。另有對內(nèi)含子10+16 C ＞T 突變研究表明［18F］AV-1451 在前顳葉和扣帶回皮質(zhì)腹前側(cè)結(jié)合增加，與其父親尸檢神經(jīng)病理學(xué)結(jié)果一致，因此認為［18F］AV-1451與4R-tau 蛋白結(jié)合較好［26］。內(nèi)含子10+16 突變所產(chǎn)生的tau 蛋白是否可與［18F］AV-1451 特異性結(jié)合，還有待于進一步的研究。

綜合目前研究，［18F］AV-1451 在MAPT 基因突變的FTD 中結(jié)合情況根據(jù)tau 蛋白異構(gòu)體的不同而有所差異。普遍認為與3R/4R-tau 結(jié)合度較好，在檢測tau 蛋白分布、含量及隨疾病進展的變化方面表現(xiàn)出較好的前景。與4R tau 結(jié)合度較差，雖然有研究支持此示蹤劑與4R tau 較好結(jié)合或部分結(jié)合，但總體而言它并不是一個檢測病理性4R tau 蛋白理想的生物標(biāo)記物。但目前針對［18F］AV-1451 研究均為小樣本研究，因此大樣本病例研究以及縱向隨訪觀察對于驗證其特異性十分必要。

對于［18F］AV-1451，各研究均表現(xiàn)出不同程度脫靶顯像。認知正常、淀粉樣蛋白陰性的健康對照者中可見相似的示蹤劑儲留，并且這種儲留可隨著年齡的增加而增多［23，27］。非tau 蛋白病變?nèi)珙w粒蛋白前體（PGRN）基因突變FTD 患者中也觀察到示蹤劑儲留。［18F］AV-1451 在中腦、腦膜、脈絡(luò)叢、紋狀體、血管畸形及陳舊性梗死等的結(jié)合被認為可能與tau 蛋白病變無關(guān)。其中黑質(zhì)和腦膜中的示蹤劑儲留可能與神經(jīng)黑色素相關(guān)，腦出血性損傷觀察到較高的儲留反映示蹤劑可能是與含鐵血黃素結(jié)合的結(jié)果［28］。［18F］AV-1451 在脈絡(luò)叢儲留的原因尚未明確，可能與tau 蛋白在脈絡(luò)叢上皮細胞中沉積，或者放射性示蹤劑及其代謝產(chǎn)物在從血液到腦脊液的循環(huán)過程中被上皮細胞攝取相關(guān)。

3 其他tau PET 的研究進展

由于［18F］AV-1451 研究結(jié)果存在較多爭議，所以更多新型示蹤劑被用于病理性tau 蛋白的研究。有研究對3例很可能的AD 患者及年齡匹配的健康對照進行［11C］PBB3-PET 掃描，發(fā)現(xiàn)AD 患者海馬區(qū)域有較強［11C］PBB3 滯留，與tau 蛋白分布一致，并且隨著疾病進展［11C］PBB3-PET 可檢測到tau 蛋白的擴散，表明其評價3R/4R tau 進展的潛能。4R-tau 進行性核上性麻痹患者的頂葉及額顳葉灰白質(zhì)、中腦、蒼白球和小腦觀察到［11C］PBB3滯留［29］，皮質(zhì)基底節(jié)變性患者基底節(jié)區(qū)及皮層可見［11C］PBB3 優(yōu)勢結(jié)合［30］，在N279K 突變家族性tau蛋白病、Pick 病以及G272V 突變所致的3R-tau 蛋白病中［11C］PBB3 的結(jié)合較［18F］AV-1451 強，并且這些結(jié)果與放射自顯影研究結(jié)果相一致［31］，表明［11C］PBB3 可與各型tau 結(jié)合。此外，其衍生物［18F］AM-PBB3 及［18F］PM-PBB3 被研發(fā)并用于臨床試驗，可解決［11C］PBB3 表現(xiàn)出的動力學(xué)范圍較低、代謝不穩(wěn)定、脫靶結(jié)合等問題，為進一步實現(xiàn)MAPT 基因突變FTD 患者中病理性tau 蛋白的檢測提供了希望。［18F］PI-2620 PET 在AD 患者中研究示［18F］PI-2620 滯留與AD 臨床嚴重度呈顯著正相關(guān)［32］。在體外實驗中，通過對腦組織勻漿研究發(fā)現(xiàn)低濃度［18F］PI-2620 即可對病理性tau 蛋白顯示出高親和力，且不與β 淀粉樣蛋白、MAO-A 和MAO-B 脫靶結(jié)合，在非癡呆對照組的大腦組織中也只顯示出極低濃度的背景結(jié)合，表現(xiàn)出較高的應(yīng)用前景［21］。新型示蹤劑可特異性結(jié)合各型tau蛋白的潛能，為進一步對MAPT 基因突變FTD 患者tau 蛋白的研究提供了希望。

4 展望

通過選擇性tau 蛋白示蹤劑與腦內(nèi)異常聚集tau 病理特異性結(jié)合，利用PET 技術(shù)以非侵入方式檢測病理性tau 蛋白的產(chǎn)生、分布和變化，對于闡明FTD 病理機制以及臨床診斷治療有極為重要的作用。研究表明，F(xiàn)TD 患者在臨床癥狀出現(xiàn)前就已經(jīng)出現(xiàn)腦內(nèi)病理性tau 蛋白沉積，對MAPT 臨床前期突變攜帶者進行tau PET 影像學(xué)檢查，可預(yù)測癥狀的出現(xiàn)與進展，從而指導(dǎo)臨床醫(yī)生進行早期干預(yù)，并可幫助理解tau 蛋白病變與認知損害之間的關(guān)系及其致病機制。此外，tau PET 對指導(dǎo)tau蛋白分子靶向治療，評估治療療效有極為重要的意義。然而，目前tau PET 影像在FTD 中的應(yīng)用研究尚不全面，且研究結(jié)果存在爭議。因此，能夠與各型tau 蛋白結(jié)合的新型示蹤劑的研發(fā)，對MAPT基因突變攜帶者及患者進行大樣本隨訪觀察研究，以及tau PET 與神經(jīng)病理學(xué)相結(jié)合的基礎(chǔ)和臨床研究將成為今后研究的重點和熱點。