多系統(tǒng)萎縮的生物學(xué)標(biāo)記物研究進(jìn)展

盧林廣，焦玲

多系統(tǒng)萎縮(multiple system atrophy,MSA)是一種少見的散發(fā)性、快速進(jìn)展性的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，以進(jìn)展性自主神經(jīng)功能障礙，伴帕金森癥狀、小腦性共濟(jì)失調(diào)癥狀及錐體束征為主要臨床特征。它的神經(jīng)病理學(xué)特征是在膠質(zhì)細(xì)胞(主要是少樹突膠質(zhì)細(xì)胞)中沉積異常的纖維狀α-突觸核蛋白，形成膠質(zhì)包涵體(glial cytoplasmic inclusions,GCI)[1]。2008年版的診斷標(biāo)準(zhǔn)將MSA分為①以帕金森病樣癥狀為主要表現(xiàn)的MSA-P型(MSA with predominant Parkinsonism,MSA-P)；②以小腦性共濟(jì)失調(diào)為主要表現(xiàn)的MSA-C型(MSA with predominant cerebellar ataxia,MSA-C)；其中MSA-P型的臨床特點(diǎn)主要表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直和震顫，而震顫作為特征性的臨床表現(xiàn)，往往具有鑒別意義，一項(xiàng)關(guān)于帕金森病(Parkinson's disease,PD)、特發(fā)性震顫和多系統(tǒng)萎縮震顫的研究發(fā)現(xiàn)，通過震顫的分類及震顫的頻率有利于鑒別三者[2]。MSA-C型的臨床特點(diǎn)為進(jìn)行性步態(tài)和肢體共濟(jì)失調(diào)，并有明顯的構(gòu)音障礙和眼震等表現(xiàn)。兩種亞型均有自主神經(jīng)功能障礙[3]。目前MSA的病因與發(fā)病機(jī)制尚不詳，Jellinger等[1]的研究提出一條可能的致病通路，提示氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥在MSA患者發(fā)病中起著關(guān)鍵作用，且目前尚無可用于指導(dǎo)臨床診斷和判斷預(yù)后的可靠的生物標(biāo)志物，迫切需要多學(xué)科的研究來開發(fā)更可靠的標(biāo)記物，以便提高診斷、鑒別診斷和預(yù)后評估的準(zhǔn)確性，并預(yù)測對治療的反應(yīng)。近年來，很多研究表明，生物標(biāo)記物來源包括血清、血漿和腦脊液等。還有神經(jīng)影像學(xué)，尤其是多模態(tài)磁共振成像(MRI)、擴(kuò)散張量成像(DTI)和正電子發(fā)射斷層掃描(PET)等，而標(biāo)記物的組合已被證明在提高診斷準(zhǔn)確性和預(yù)后指導(dǎo)方面有很大的價(jià)值[4]。本文就近年來MSA生物標(biāo)記物的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腦脊液標(biāo)記物與MSA

1.1 神經(jīng)絲輕鏈蛋白

神經(jīng)絲輕鏈蛋白(neurofilament light chain，NFL)是一種在有髓軸突中高度表達(dá)的神經(jīng)元胞漿蛋白。它在腦脊液和血液中的含量增加與軸突損傷的程度相關(guān)，包括炎癥、神經(jīng)退行性疾病、外傷和腦血管疾病。有研究表明，腦脊液NFL可用于鑒別PD和MSA，具有較高的診斷準(zhǔn)確率(AUC=0.94，80%的敏感性，96.9%的特異性)[5]。同時(shí)，在最近的一項(xiàng)Meta分析中也發(fā)現(xiàn)MSA患者腦脊液中NFL含量高于PD患者和對照組[6]。然而，Bacioglu等[7]基于小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，α-突觸核蛋白相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病也可導(dǎo)致NFL相關(guān)的軸突損傷反應(yīng)。因此，還需要大樣本的臨床驗(yàn)證。

1.2 MiRNA家族

MicroRNA(miRNA)是一種小的非編碼RNA(長度為19-24個(gè)核苷酸)，可調(diào)節(jié)信使RNA(mRNA)的表達(dá)并控制翻譯后的調(diào)節(jié)[8]。有研究表明，miRNA通過調(diào)節(jié)GCI組分、α-syn、熱休克蛋白(HSP)和p25α的表達(dá)，在MSA的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用[9]。從而突出miRNA作為MSA診斷的潛在生物標(biāo)志物。據(jù)報(bào)道，基于miRNA的治療策略通過調(diào)節(jié)幾種神經(jīng)退行性疾病的神經(jīng)炎癥而獲得成功，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了miRNA在MSA治療中的作用[10]。Marques等[11]的研究鑒定出兩個(gè)miRNA(miR-24和miR-205)有利于區(qū)分PD和對照組，以及4個(gè)miRNA(miR-19a、miR-19b、miR-24和miR-34c)有利于區(qū)分MSA和對照組。并且miRNA的組合可以準(zhǔn)確地鑒別PD[曲線下面積(AUC)=0.96]或MSA(AUC=0.86)與對照組。其他研究表明包括miR-93p、miR-19a、miR-19b和miR-24也是潛在的生物標(biāo)記物，可用于區(qū)分MSA患者與PD患者和健康人群[12]。更進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，與PD患者相比，MSA患者腦脊液的miR-93p水平下調(diào)。以上研究提示miRNA可作為鑒別MSA和PD的潛在的生物標(biāo)志物。

1.3 α-突觸核蛋白

α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)是由SNCA 基因編碼的由140 個(gè)氨基酸構(gòu)成的小分子蛋白質(zhì)。MSA的神經(jīng)病理學(xué)特征是在膠質(zhì)細(xì)胞中沉積異常的纖維狀α-syn[1]。最近的一項(xiàng)系統(tǒng)回顧和薈萃分析顯示，MSA和PD患者腦脊液中α-syn的水平均降低，與PD相比，MSA的降低程度更大。因此，MSA的α-syn水平低于PD，說明MSA的神經(jīng)退行性變比PD更廣泛、更快[13]。然而，另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)α-syn水平在MSA患者中降低，但在PD中沒有降低[6]。另一項(xiàng)使用蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)(protein misfolding cyclic amplification，PMCA)對MSA、PD和路易體癡呆(dementia with Lewy bodies,DLB)的研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，在所有MSA樣本中，ThT熒光均增加，且所有MSA樣品中的最大ThT熒光都明顯升高；同時(shí)PD和DLB樣品的最大ThT熒光比MSA高，但其中的2個(gè)MSA樣本和2個(gè)DLB樣本沒有發(fā)生聚集[14]。

2 血液標(biāo)記物與MSA

2.1 輔酶Q10

MSA是一種散發(fā)性神經(jīng)變性疾病，但相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)了罕見的家族性病例，利用全基因組測序技術(shù)，確定COQ2基因突變是家族性MSA的遺傳原因[15]。COQ2編碼4-對羥基苯甲酸酯，是輔酶Q10生物合成途徑中的第二種酶，輔酶Q10是線粒體呼吸鏈中的電子載體，是一種有效的抗氧化劑。此外，在日本人群中，COQ2基因的特異雜合子變體也被報(bào)道為對散發(fā)性MSA有易感性。一項(xiàng)關(guān)于尸檢小腦組織測定輔酶Q10水平的研究顯示，與對照組或其他神經(jīng)退行性疾病(路易體癡呆、帕金森病、皮質(zhì)基底部退行性變和小腦退行性變)患者相比，尸檢結(jié)果也發(fā)現(xiàn)MSA患者的輔酶Q10水平顯著降低[16]。然而，測量血漿輔酶Q10水平的方法存在一些局限性，因?yàn)檩o酶Q10的生物合成途徑與膽固醇穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)，所以輔酶Q10的血濃度受飲食、高脂血癥、甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)以及藥物(如他汀類藥物)的影響。Takashi等[17]的研究測定了18例MSA患者、20例帕金森病患者和18例對照者血清輔酶Q10水平,雖然三組間總輔酶Q10(即血清輔酶Q10總水平及其還原形式)的差異不顯著，但經(jīng)血清膽固醇校正的MSA總輔酶Q10水平顯著低于對照組。以上研究表明輔酶Q10可作為MSA潛在的標(biāo)記物。

2.2 miR-30c-5p

MicroRNA是參與基因表達(dá)調(diào)控的非編碼RNA。MiRNA調(diào)節(jié)細(xì)胞活動(dòng)，并控制一系列生理和病理功能。miRNA存在于生物流體中，如血液、血清、血漿、唾液和腦脊液。Annamaria等[18]研究發(fā)現(xiàn)，血液中的miR-30c-5p鑒別診斷MSA和PD的敏感性為82%，但特異性較低(54%)。而在MSA與對照組的鑒別診斷敏感性及特異性均較高(敏感性為80%，特異性為90%)。PD和MSA組miR-30c-5p與病程呈正相關(guān)，提示miR-30c-5p可能在同核細(xì)胞病變的進(jìn)展中起作用。其他研究還發(fā)現(xiàn)MSA患者血漿中有幾種miRNA表達(dá)不同[19]。與PD相比，MSA中的miR24、34b和148b水平上調(diào)，這可將PD與MSA和對照區(qū)分開來。

2.3 生長分化因子15

生長分化因子15(growth differentiation factor 15，GDF15) 是轉(zhuǎn)化生長因子β超家族的一員，在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)[20]。Yao等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在阿爾茨海默病和帕金森病患者中GDF15水平升高,表明GDF15與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)，而最近的一項(xiàng)病例對照研究也發(fā)現(xiàn)，MSA患者血清GDF15水平顯著高于PD患者和健康對照組,與健康對照組相比敏感性為85.7%，特異性為88.0%；與帕金森病患者相比特異性高(96.0%)，敏感性較低(51.0%)[22]；血清GDF15水平在MSA患者中顯著升高，可能是一個(gè)潛在的診斷生物標(biāo)志物。

3 影像學(xué)與MSA

2008年MSA診斷標(biāo)準(zhǔn)已納入影像學(xué)條件，在MRI上可見殼核、小腦中腳或者橋腦萎縮；PET/SPECT上可見突觸前黑質(zhì)紋狀體代謝障礙，F(xiàn)DG-PET上可見殼核、腦干或者小腦低代謝[1]。這些結(jié)構(gòu)和功能的神經(jīng)影像學(xué)改變有望成為潛在的標(biāo)記物。

3.1 MRI結(jié)構(gòu)成像

既往對常規(guī)MRI的研究大多集中在對多系統(tǒng)萎縮亞型的鑒別以及與其他帕金森疊加綜合征之間的鑒別診斷上。且在疾病的早期階段，影像學(xué)檢查多無特異性表現(xiàn)，伴隨疾病的逐漸進(jìn)展，出現(xiàn)一些相對特異性的表現(xiàn)。其中最“經(jīng)典”的影像學(xué)征像包括“十字征”和“裂隙征”， “十字征”是指T2加權(quán)成像顯示橋腦呈高信號交叉，提示皮質(zhì)脊髓束的橋小腦纖維變性?！笆终鳌睂\(yùn)動(dòng)癥狀出現(xiàn)2年內(nèi)的MSA-C型診斷的特異性為100%，但其敏感性僅為54.8%，而對運(yùn)動(dòng)癥狀在3年內(nèi)的MSA-C型診斷的特異性不變，敏感性則提高到66.7%[23]。“裂隙征”是指在T2加權(quán)成像上，殼核的周圍存在高信號，它是由于殼核萎縮,殼核與外囊增大的間隙內(nèi)大量膠質(zhì)細(xì)胞活化、增生及Fe3+沉積,在MSA-P型中具有很高的特異性(90%)，但敏感性僅為72%[24]。然而使用3T MRI研究發(fā)現(xiàn)“裂隙征”在MSA-P型是一個(gè)非特異性表現(xiàn)[25]。因此MRI結(jié)構(gòu)成像對MSA的診斷有一定作用。

3.2 MRI功能成像

除了常規(guī)MRI檢查，還有其他的MRI序列應(yīng)用于MSA與其他神經(jīng)退行性疾病的診斷及鑒別診斷。彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)可定量評估腦白質(zhì)纖維束的完整性、走行方向及其損傷程度。相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)包括：平均彌散率(mean diffusivity,MD)、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)、相對各向異性(relative anisotropy,RA)、容積比指數(shù)(volume ratio,VR)等。在MSA病程早期,白質(zhì)微結(jié)構(gòu)相比灰質(zhì)受影響更大，并且在MSA-C型中這些變化比MSA-P型更大，說明MSA亞型的惡化程度各不相同[26]。彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI):測量組織中水分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，對大腦白質(zhì)和灰質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)的完整性高度敏感。最近的一項(xiàng)系統(tǒng)回顧和薈萃分析顯示：基于殼核的擴(kuò)散系數(shù)的測量有利于鑒別MSA-P型和PD患者，敏感性為90%，特異性為93%[27]，表明DWI對MSA臨床亞型鑒別有一定幫助。磁敏感加權(quán)成像(susceptibility-weighted imaging,SWI):對檢測鐵沉淀物敏感，主要包括以下2種方法:一是基于感興趣區(qū)的定量研究,二是通過視覺評價(jià)方法。wang等[28]研究發(fā)現(xiàn)，“燕尾征”在MSA和PD鑒別診斷的敏感性和特異性分別為87.9%和83.3%。因此，SWI有助于提高對MSA的診斷準(zhǔn)確性。

3.3 分子顯像

正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(positron emission computed tomography,PET)/單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(single photon emission computed tomography,SPECT)是一種可以通過特異性的分子示蹤劑來進(jìn)行定位和定量的分子成像的影像技術(shù)，從而顯示疾病的發(fā)生及發(fā)展過程。有研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，MSA-C型患者尾狀核、前殼核和后殼核的放射性示蹤劑攝取減少分別為25%、29%和30%，而MSA-P患者尾狀核減少44%，前殼核減少51%，后殼核減少62%?？梢奙SA患者較正常人DAT下降更明顯、更快[29]。此外，Kim等[30]的研究表明紋狀體DAT結(jié)合模式在MSA-P型和MSA-C型中不同。進(jìn)一步PET/SPECT研究顯示，與PD患者相比，MSA患者的突觸前紋狀體缺陷更對稱。特別是與PD患者相比，MSA患者尾狀核受到的影響更嚴(yán)重，導(dǎo)致紋狀體對示蹤劑的攝取更有均勻性地喪失[31]。由此可見，PET/SPECT分子顯像在MSA的診斷及鑒別診斷中有較高的應(yīng)用價(jià)值。18F脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層顯像(18F fluorodeoxyglucose positron emission tomography，18F-FDG PET)：葡萄糖是腦組織重要的功能物質(zhì)，其代謝速率的變化能準(zhǔn)確反映腦功能活動(dòng)的相關(guān)信息，18F-FDG分子結(jié)構(gòu)類似于葡萄糖，具有與葡萄糖相同的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)及磷酸化過程，測定其在腦內(nèi)各區(qū)域的動(dòng)態(tài)分布變化，有助于了解腦部代謝活動(dòng)的具體情況。Brajkovic等[32]對72例帕金森綜合征患者進(jìn)行FDG-PET顯像研究，結(jié)果顯示FDG-PET與臨床診斷的一致性在MSA為90%。因此聯(lián)合PET/SPECT和FDG PET顯像更能提高M(jìn)SA的診斷準(zhǔn)確性。

4 生物標(biāo)志物組合與MSA

相關(guān)研究結(jié)果表明，聯(lián)合使用幾種生物標(biāo)志物比使用單一標(biāo)記物能更顯著提高對MSA的診斷準(zhǔn)確性。Barbagallo等[33]研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合T2弛豫率和DTI指標(biāo)顯示MSA的殼核與PD相比有顯著變化，并且MSA-P組殼核的MD值高于PD和MSA-C。更重要的是，兩種評估結(jié)構(gòu)完整性的方法(T2弛豫率和MD)的結(jié)合為PD和MSA-P的鑒別診斷提供了96%的準(zhǔn)確率。同時(shí)，Mangesius等[34]結(jié)合血清NFL水平和MR平面測量(腦橋與中腦直徑比值)來區(qū)分MSA、進(jìn)行性核上性麻痹(progressive superanuclear palsy，PSP)和PD，對三種疾病的鑒別診斷都有較高的診斷準(zhǔn)確率(MSA：93.8%，PSP：90.9%，PD：72.7%)。由此可見，聯(lián)合使用幾種標(biāo)志物大大提高了診斷準(zhǔn)確性。

綜上所述，目前針對MSA的診斷標(biāo)記物仍處于持續(xù)探索中，還沒有一個(gè)既滿足特異性高，又敏感度好的指標(biāo)。而單一的標(biāo)記物診斷有限，聯(lián)合多個(gè)標(biāo)記物能很好地提高診斷準(zhǔn)確率。目前標(biāo)記物多來源于腦脊液、血液及影像學(xué)等方面，其中腦脊液直接與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相連，分析腦脊液能準(zhǔn)確反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生化變化，是一種準(zhǔn)確有效的體液標(biāo)本。然而，獲取腦脊液具有侵襲性，從而增加顱內(nèi)感染的風(fēng)險(xiǎn)，且不易被患者接受。考慮到腦脊液采集的侵入性過程，在臨床常規(guī)中測定血清標(biāo)記物顯得更加快捷、便利。而影像學(xué)方面的研究，特別是分子顯像的研究有利于我們更精準(zhǔn)地在分子層面探索疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。上述的研究為后續(xù)探索MSA的標(biāo)記物提供了一些思路。