阿爾茨海默病相關(guān)生物標(biāo)志物的研究進展

張春騰 李 殊 姚妍妍 鄭大勇

華北理工大學(xué)藥學(xué)院 河北唐山 063210；①附屬醫(yī)院

阿爾茨海默病(AD)是一種以進行性記憶損傷和認(rèn)知障礙為主要臨床表現(xiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病[1]，以神經(jīng)元細(xì)胞周圍β-淀粉樣蛋白(Aβ)聚集、細(xì)胞內(nèi)微管相關(guān)蛋白-tau(tau)過度磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)[2]、膽堿能神經(jīng)元缺失與神經(jīng)炎癥反應(yīng)等為主要病理特征。AD是導(dǎo)致癡呆的最主要病因，從2009年到2016年其影響的人數(shù)全球范圍內(nèi)增長了117%，達(dá)到4380萬人，預(yù)計到2050年AD患病人數(shù)將突破1.5億[3]。因此，AD已發(fā)展成為21世紀(jì)影響人類健康的巨大挑戰(zhàn)之一。

近年來，隨著以Aβ淀粉樣斑塊和tau蛋白為靶標(biāo)的藥物研制和臨床試驗相繼宣告失敗，關(guān)于AD的研究方向和熱點逐漸轉(zhuǎn)向早期診斷和早期干預(yù)。有效的生物標(biāo)志物是AD早期臨床診斷、探索發(fā)病機制、監(jiān)測疾病進展和指導(dǎo)藥物治療的重要依據(jù)[4-5]，因此尋找理想的AD相關(guān)生物標(biāo)志物至關(guān)重要。

1 AD發(fā)病機制研究

過去30年大量的研究證據(jù)表明，AD患者大腦內(nèi)神經(jīng)退行性病變過程與淀粉樣斑塊中異常折疊的Aβ、神經(jīng)纖維纏結(jié)內(nèi)的tau蛋白蓄積存在因果關(guān)系[6]。然而，迄今為止，以清除淀粉樣斑塊或者降低Aβ水平為目標(biāo)的治療策略和藥物研發(fā)均宣告失敗，基于tau蛋白的臨床試驗也未取得滿意結(jié)果[7]，這也使研究人員意識到最初單一的“淀粉樣蛋白級聯(lián)反應(yīng)假說”的局限性，并逐漸轉(zhuǎn)變研究思路[8]。

臨床檢查結(jié)果和病理學(xué)研究的證據(jù)足以證明AD的多病因性和復(fù)雜性[9]。一些因素如腦血管疾病、創(chuàng)傷性腦損傷、2型糖尿病、飲酒和肥胖都與AD患病風(fēng)險增加有關(guān)[10-14]。此外，膽堿能功能障礙、金屬離子如鋁離子等攝入、抑郁、過度依賴N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體的興奮性谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)傳遞以及神經(jīng)炎癥反應(yīng)也都與AD的發(fā)病機制相關(guān)[15-18]；而積極融入社會的晚年生活方式和高水平的社交活動對降低AD患病風(fēng)險是有益的[19]。眾多的致病因素使得AD變得更為復(fù)雜，并且增加了制定臨床治療策略的難度。因此，我們認(rèn)為，通過更好地整合以上致病因素來闡明AD的發(fā)病機制意義重大。

2 AD相關(guān)的生物標(biāo)志物研究

由于AD發(fā)病機制的復(fù)雜性和不同的病理變化會引起癡呆癥臨床表型的多樣性，并且這些病理改變也存在相互作用，因此尋找可以診斷這些病理變化以提高監(jiān)測病程和治療疾病能力的生物標(biāo)志物具有重要意義。目前，具有研究價值及臨床應(yīng)用價值的生物標(biāo)志物主要見于腦脊液、血液、細(xì)胞外囊泡(EV)，詳見表1。

表1 AD相關(guān)生物標(biāo)志物

2.1腦脊液中的生物標(biāo)志物 腦脊液中AD相關(guān)的核心生物標(biāo)志物有形成大腦皮層淀粉樣沉積的Aβ1-42、反應(yīng)神經(jīng)退行性病變嚴(yán)重程度的tau總蛋白(t-tau)和與神經(jīng)纖維纏結(jié)變化密切相關(guān)的磷酸化tau蛋白(p-tau)[20]。上述腦脊液中關(guān)鍵的生物標(biāo)志物具有很高的診斷準(zhǔn)確率，尤其在輕度認(rèn)知損傷階段對于確證AD早期的敏感性和特異性可以達(dá)到85%、90%[21]。在評估AD生物標(biāo)志物的診斷應(yīng)用時，要求AD患者和認(rèn)知功能正常的老年人之間病理學(xué)改變無顯著差異，作為臨床診斷的金標(biāo)準(zhǔn)[22]。然而，老年AD患者經(jīng)常表現(xiàn)出一些如α-突觸核蛋白、反式激活反應(yīng)-DNA結(jié)合蛋白(TDP43)基因突變和血管改變等病理學(xué)變化[23]，使得該診斷標(biāo)準(zhǔn)實際上是一個不完善的標(biāo)準(zhǔn)，這也排除了任何生物標(biāo)志物具有100%診斷準(zhǔn)確率的可能性。但是，有輕度記憶損傷的患者上述腦脊液生物標(biāo)志物濃度在健康的范圍內(nèi)，其將不會最終發(fā)展為AD[24]。

最近，一些新的腦脊液生物標(biāo)志物對于AD診斷、預(yù)測起到了積極作用。在AD相關(guān)的研究中，Aβ寡聚體被認(rèn)為是一種更具毒性的Aβ，可以引起突觸功能障礙[25]，且新的超敏檢測技術(shù)的出現(xiàn)，使得臨床上檢測Aβ寡聚體成為可能[26]。另外一個新的候選生物標(biāo)志物是神經(jīng)顆粒素(Neurogranin)，研究表明其參與長時程增強和記憶鞏固過程[27]，且腦脊液中高濃度的神經(jīng)顆粒素水平可以預(yù)測輕度認(rèn)知損傷(MCI)向AD的進展過程[28]。此外，在AD潛伏期階段腦脊液中突觸小體相關(guān)蛋白-25(SNAP-25)的濃度也是顯著增加的[29]。

2.2血液中的生物標(biāo)志物 與腦脊液中的生物標(biāo)志物相比，血液中的生物標(biāo)志物更容易采集到，因此就檢測AD生物標(biāo)志物而言，無論是在臨床診斷、臨床試驗重復(fù)采樣甚至高危人群篩查方面，血液樣本要比腦脊液樣本更具優(yōu)勢。2016年一項包含1039份樣本的關(guān)于血液生物標(biāo)志物的國際研究顯示，18%的研究是常規(guī)的AD生物標(biāo)志物如Aβ和tau及其相關(guān)的肽和蛋白等，19%是基因標(biāo)志物，29%是生物標(biāo)志物、34%是與炎癥、免疫反應(yīng)、氧化應(yīng)激、DNA損傷、線粒體功能障礙和神經(jīng)、微血管損傷相關(guān)的標(biāo)志物[30]。就常規(guī)AD生物標(biāo)志物而言，Aβ1-42/ Aβ1-40的比值在一些研究中顯現(xiàn)出較好的篩查和診斷潛力。值得注意的是，在近期一項使用了單分子陣列(Simoa)技術(shù)的大規(guī)模群組研究結(jié)果顯示，血漿和腦脊液中的Aβ1-42、Aβ1-40和Aβ1-42/Aβ1-40水平之間存在一定的相關(guān)性。

此外，與認(rèn)知健康、MCI和主觀認(rèn)知衰退(SCD)人群相比，AD患者血漿中Aβ1-42、Aβ1-40和Aβ1-42/Aβ1-40水平偏低[31]。通過新型高靈敏度免疫分析技術(shù)可以成功量化血漿中tau蛋白水平，且與對照組人群相比，AD患者血漿中的tau蛋白水平是升高的。同時，研究發(fā)現(xiàn)血漿tau蛋白高水平與認(rèn)知衰退、腦萎縮和新陳代謝不足相關(guān)[32]。近年來，一些新型的血液生物標(biāo)志物逐漸進入研究者的視野。血清中的神經(jīng)原纖維素(NF-L)水平與其在腦脊液中的水平高度相關(guān)，提示血液檢測結(jié)果可以很好反映大腦內(nèi)的病理生理變化[33]，且血漿NF-L可以用來檢測AD臨床前階段的神經(jīng)退行性病變[34]。β-位點淀粉樣前體蛋白裂解酶1(BACE1)是裂解淀粉樣前體蛋白(APP)生成Aβ第一步反應(yīng)的關(guān)鍵酶，使用酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)方法檢測到AD患者血漿中BACE1活性增強[35]。近期的研究也發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，MCI人群和AD患者血漿BACE1活性上升；且超過3年隨訪的結(jié)果顯示，與穩(wěn)定型MCI人群相比，最終發(fā)展為AD患者的MCI群體的BACE1活性水平顯著提高[36]，提示血漿BACE1活性具有預(yù)測MCI向AD發(fā)展的潛力。另外，Teuber等[37]首次發(fā)現(xiàn)，抑制激肽釋放酶-8(KLK-8)可以阻礙APP過程，促進Aβ清除、減少Aβ沉積、減輕tau病理、增強神經(jīng)可塑性，并最終改善記憶，其作為早期AD的生物標(biāo)志物具有潛在的臨床應(yīng)用價值。

2.3EV生物標(biāo)志物 EV是由細(xì)胞脫落的膜狀顆粒，包括外泌體(30～150nm)和通過質(zhì)膜出芽產(chǎn)生的微泡(150～1000nm)，在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制中起著重要作用，并被作為生物標(biāo)志物進行了相關(guān)研究[38]。巴爾的摩老齡化縱向研究(BLSA)旨在驗證神經(jīng)元富集的細(xì)胞外囊泡(nEV)作為生物標(biāo)記物，預(yù)測認(rèn)知健康群體中AD的發(fā)展過程。此研究通過分析128名巴爾的摩縱向研究的老年參與者的887個樣本和222名認(rèn)知正常的年齡和性別匹配的對照組人群，來驗證nEV中可以預(yù)測AD的候選生物標(biāo)志物，包括nEV濃度和直徑、TSG101、t-Tau、p-Tau231、p-tau181、pY-IRS-1、pSer312-IRS-1和Aβ1-42。為了單獨或整體評估nEV生物標(biāo)志物在AD預(yù)測中的表現(xiàn)，該研究建立了10個模型，其中模型10達(dá)到了最高的預(yù)測能力，并結(jié)合了所有生物標(biāo)志物的分析，在檢測AD臨床前期達(dá)到了55.6%的靈敏度和88.7%的特異性[39]。該研究證實多個生物標(biāo)志物相對單個生物標(biāo)志物在評價神經(jīng)功能上的潛在價值，且預(yù)測AD具有很高的特異性，為其應(yīng)用到AD臨床檢測的進一步發(fā)展開辟了道路。

3 結(jié)論

全球疾病負(fù)擔(dān)(GBD)研究顯示，在2016年，AD已經(jīng)超過腫瘤發(fā)展成為缺血性心臟病、慢性阻塞性肺疾病、腦出血及缺血性卒中之后世界第五大死因[40]。AD作為一種神經(jīng)退行性疾病，其特征是長期的臨床前階段和不斷發(fā)展的不可逆的病理過程。因此，生物標(biāo)志物對于疾病早期患者診斷至關(guān)重要，在早期采取相應(yīng)的治療措施最為有效。在目前的檢測方法中，核磁共振成像(MRI)和正電子發(fā)射計算機斷層顯像(PET)價格昂貴且具放射性，而采集腦脊液檢測生物標(biāo)志物則對患者造成創(chuàng)傷。我們認(rèn)為，AD相關(guān)生物標(biāo)志物要成為臨床應(yīng)用的一部分，就需要低成本、易采集和非侵入性，而血液生物標(biāo)志物可以滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。因此，尋找理想的血液生物標(biāo)志物是促進AD臨床診斷、治療藥物研發(fā)及其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。同時，隨著EV體外診斷技術(shù)的發(fā)展，EV生物標(biāo)志物也可能成為頗有前景的診斷方法。