腦脊液骨橋蛋白與阿爾茨海默病的關(guān)系

李倩倩,張釗,胡浩,郁金泰,譚蘭

(1 青島大學(xué)附屬青島市市立醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,山東 青島 266071； 2 復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科)

阿爾茨海默病(AD)是一種以腦脊液(CSF)蛋白(包括β-淀粉樣蛋白(Aβ)和tau蛋白)改變、進(jìn)行性腦萎縮及認(rèn)知功能下降為特征的慢性神經(jīng)退行性疾病[1]。目前AD還沒有有效的治療藥物[2]。因此，應(yīng)加強(qiáng)AD癡呆的早期診斷和預(yù)測。骨橋蛋白(OPN)是一種細(xì)胞因子，參與多種生理和病理過程[3-5]。先前的研究結(jié)果顯示，OPN在人類及動物的AD中都起著重要的作用[6-7]。有動物研究結(jié)果顯示，不管是在基因還是蛋白水平上，APP/PS1KI小鼠的OPN水平均有顯著升高[8]。在AD小鼠腦組織中，OPN染色強(qiáng)度與Aβ負(fù)荷呈顯著正相關(guān)，OPN在AD病人大腦皮質(zhì)中的表達(dá)也顯著增加[6]。SIMONSEN等[9]使用CSF樣本進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果顯示，從輕度認(rèn)知功能障礙(MCI)進(jìn)展到AD的病人OPN的磷酸化C末端片段水平比認(rèn)知狀態(tài)穩(wěn)定的病人高。上述研究均提示OPN參與了AD的發(fā)生和發(fā)展。然而，OPN與AD早期病理改變之間關(guān)系的研究較少。故本研究通過比較不同臨床診斷和生物標(biāo)志物水平人群OPN水平的差異，分析OPN與AD生物標(biāo)志物的相關(guān)性，來進(jìn)一步探討OPN是否可以作為AD的早期生物標(biāo)志物。

1 資料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

分析使用的數(shù)據(jù)來自ADNI數(shù)據(jù)庫(https://adni.loni.usc.edu)。ADNI是一項(xiàng)縱向多中心研究，旨在探索開發(fā)用于AD早期診斷及病情監(jiān)測的臨床、影像表現(xiàn)和生物標(biāo)記物等，其參與者來自美國及加拿大的57個地區(qū)。ADNI獲得了所有參與機(jī)構(gòu)的地區(qū)倫理委員會的批準(zhǔn)，以及所有研究參與者的書面知情同意。本文研究對象來自ADNI-1隊(duì)列。

1.2 研究對象及分組

本研究納入了同時含有CSF OPN(或者血漿OPN)、年齡、性別、受教育年限、診斷、APOEε4攜帶狀態(tài)及CSF核心AD生物標(biāo)志物等信息的受試者，并在分析中采用平均值±3倍標(biāo)準(zhǔn)差的方法排除OPN值異常的受試者。根據(jù)CSF Aβ42濃度將受試者分為Aβ陽性(Aβ42≤192 ng/L)和Aβ陰性(Aβ42>192 ng/L)組[10]。鑒于Aβ陰性的AD病人有誤診可能，將這部分人群也排除。最終納入的含有CSF OPN 數(shù)據(jù)的人群包括91例對照、149例MCI病人和65例AD病人；含有血漿OPN 數(shù)據(jù)的人群包括58例對照、194例MCI病人和98例AD病人；含有神經(jīng)影像學(xué)數(shù)據(jù)的人群包括82例對照及117例MCI病人。 根據(jù)臨床診斷和生物標(biāo)志物水平，將納入人群分為AD組、MCI+Aβ陽性組(MCI Aβ+組)、MCI+Aβ陰性組(MCI Aβ-組)、認(rèn)知正常(CN)+Aβ陽性組(CN Aβ+組)及 CN+Aβ陰性組(CN Aβ-組)。

1.3 CSF及血漿生物標(biāo)志物檢測

CSF及血漿樣本根據(jù)ADNI生物標(biāo)志物核心實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)操作程序進(jìn)行處理、分裝和儲存。Aβ42、總tau(t-tau)和磷酸化tau(p-tau)及OPN的檢測方法參見相關(guān)文獻(xiàn)[10]。本研究納入了基線及12、24、36、48和60個月時CSF中Aβ42、t-tau和p-tau的檢測數(shù)據(jù)，并納入了CSF及血漿中OPN的基線檢測數(shù)據(jù)。

1.4 海馬體積測量

使用1.5 T磁共振成像系統(tǒng)采集腦結(jié)構(gòu)圖像，使用freesurfer軟件 (https://surfer.nmr.mgh.athe-rard.edu/)對腦體積進(jìn)行量化[11]。本研究納入了基線及6、12、18、24、36、48、60和72個月時的檢測數(shù)據(jù)，所使用的數(shù)據(jù)為左右海馬的平均體積。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用R軟件(版本3.5.3)來分析數(shù)據(jù)。分類變量的組間比較采用卡方檢驗(yàn)；連續(xù)變量的組間比較采用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)和協(xié)方差分析。在橫向分析(對基線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析)中，首先用Spearman’s相關(guān)分析初步檢驗(yàn)非癡呆人群(包括MCI及CN)CSF和血漿中OPN水平與CSF中Aβ42、t-tau、p-tau水平及海馬體積的相關(guān)性，然后進(jìn)行多元線性回歸分析，進(jìn)一步檢驗(yàn)OPN與CSF中Aβ42、t-tau、p-tau水平和海馬體積的關(guān)系。在回歸分析中，連續(xù)反應(yīng)變量首先要經(jīng)Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)是否符合正態(tài)分布，如不符合正態(tài)分布，則通過Box-Cox變換來滿足近似正態(tài)性。在縱向分析中，使用線性混合模型計(jì)算非癡呆人群CSF中Aβ42、t-tau、p-tau水平和海馬體積的縱向變化率，再進(jìn)一步與OPN進(jìn)行Spearman’s相關(guān)分析。在進(jìn)行協(xié)方差分析、回歸分析以及線性混合模型分析時均對年齡、性別、受教育程度、診斷和APOEε4攜帶狀態(tài)進(jìn)行校正。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 各組臨床資料比較

各組APOEε4攜帶狀態(tài)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=84.924，P<0.01)。各組CSF中Aβ42、t-tau、p-tau水平以及海馬體積比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(H=44.037～192.050，P<0.01)。MCI Aβ+和AD組病人CSF OPN水平均顯著高于CN Aβ-組(H=15.473，P<0.01)。各組年齡、性別及受教育程度比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

2.2 各組CSF OPN比較

以CN Aβ-組為對照，將年齡、性別、受教育程度和APOEε4攜帶狀態(tài)等研究表明與AD有關(guān)的因素納入到協(xié)方差分析中來調(diào)整混雜。結(jié)果顯示，AD及MCI Aβ+組CSF OPN水平均顯著高于CN Aβ-組(F=12.329、12.291，P<0.01)，而MCI Aβ-及CN Aβ+組CSF OPN水平與CN Aβ-組比較差異無顯著性(P>0.05)。

表1 各組臨床資料相關(guān)指標(biāo)比較

2.3 CSF OPN與核心AD生物標(biāo)志物的相關(guān)性

2.3.1橫向分析 在非癡呆人群、MCI組及CN組中，CSF OPN與CSF t-tau水平均呈正相關(guān)(r=0.404～0.574，P<0.01)。在非癡呆人群以及MCI組中，CSF OPN均與CSF Aβ42水平呈負(fù)相關(guān)(r=-0.265、-0.256，P<0.01)，與CSF p-tau水平呈正相關(guān)(r=0.309、0.399，P<0.01)。但在CN組中，CSF OPN與CSF Aβ42及CSF p-tau水平均無相關(guān)性(P>0.05)。

進(jìn)一步的多元線性回歸分析顯示，非癡呆人群CSF中OPN與Aβ42、t-tau和p-tau水平均顯著相關(guān)(β=-0.004、0.020、0.006，P<0.05)。亞組分析顯示，MCI組CSF中OPN與t-tau及p-tau水平顯著相關(guān)(β=0.025、0.013，P<0.01)，而與Aβ42水平無相關(guān)性(P>0.05)；CN組CSF中OPN與t-tau水平顯著相關(guān)(β=0.013，P<0.01)，而與Aβ42及p-tau水平無相關(guān)性(P>0.05)。

2.3.2縱向分析 在非癡呆人群中，高的基線CSF OPN水平與CSF中p-tau和t-tau水平的快速升高相關(guān)(r=0.271、0.315，P<0.01)，并且與CSF Aβ42水平的快速下降相關(guān)(r=-0.129，P<0.05)。亞組分析顯示，MCI組高的CSF OPN水平與CSF中p-tau水平的快速升高相關(guān)(r=0.357，P<0.01)；CN組高的CSF OPN水平與CSF中Aβ42水平的快速下降相關(guān)(r=-0.217，P<0.05)，并與t-tau水平的快速升高相關(guān)(r=0.366，P<0.01)。

2.4 血漿OPN與核心AD生物標(biāo)志物的相關(guān)性

在非癡呆人群中，血漿OPN的水平與CSF中Aβ42、t-tau和p-tau的基線水平均無相關(guān)性(P>0.05)，與CSF中p-tau、t-tau及Aβ42的變化率也均無相關(guān)性(P>0.05)。

2.5 OPN與海馬體積的相關(guān)性

橫向分析顯示，在非癡呆人群中，CSF和血漿中OPN水平與海馬體積均無相關(guān)性(P>0.05)；縱向分析顯示，CSF OPN水平的升高與海馬體積加速萎縮相關(guān)(r=-0.151，P<0.05)，而血漿OPN水平與海馬體積變化無關(guān)(r=0.068，P>0.05)。

3 討 論

目前的醫(yī)療技術(shù)尚不能逆轉(zhuǎn)AD的疾病進(jìn)程。近年來眾多關(guān)于AD疾病修飾治療藥物的臨床試驗(yàn)最終也以失敗告終。與此同時，眾多的流行病學(xué)研究結(jié)果表明AD是可以預(yù)防的，可以通過利用保護(hù)因素并控制危險因素來降低疾病的發(fā)生率。因此，有助于AD早期診斷的生物標(biāo)志物對疾病防治有重要意義。業(yè)已證實(shí)，OPN參與了AD的發(fā)生及發(fā)展。本文研究結(jié)果顯示，AD和MCI Aβ+組的CSF OPN水平均明顯高于CN Aβ-組。這與AD病人CSF OPN水平顯著高于CN組這一先前研究結(jié)果相一致[12-13]。提示CSF OPN水平增高可作為診斷或者識別AD高危人群的指標(biāo)。本研究及先前的一項(xiàng)研究均未顯示AD病人和對照組之間血清OPN濃度差異有顯著性[12]。然而，另一項(xiàng)研究表明，新近診斷AD病人的血漿OPN濃度顯著高于CN組[13]。這種不一致可能是由于血漿OPN更容易受到其他因素的影響，如骨重塑、傷口愈合、癌癥生物學(xué)反應(yīng)、血管紊亂和炎癥性疾病[14-15]。因此，血漿OPN與AD的關(guān)系需要更多的研究來進(jìn)一步探討。

以往的研究表明，AD核心生物標(biāo)志物Aβ42、p-tau和t-tau也是AD早期病理改變的生物標(biāo)志物，均已被納入到ATN診斷體系中[16]。因此，本研究探討了OPN與這些生物標(biāo)志物的關(guān)系，以進(jìn)一步研究OPN是否參與AD的早期病理改變。本研究結(jié)果顯示，在非癡呆人群中，CSF OPN與CSF中Aβ42、p-tau和t-tau水平顯著相關(guān)，提示CSF OPN與AD的早期病理改變相關(guān)。此外，縱向分析顯示，高的CSF OPN水平與CSF中t-tau和p-tau水平的加速升高以及CSF中Aβ42水平的加速下降顯著相關(guān)。雖然之前并沒有類似的研究報道，但是先前的研究仍然可以為本研究提供證據(jù)支持。有動物研究表明，OPN在APP/PS1KI小鼠中表達(dá)上調(diào)[8]；并且有研究發(fā)現(xiàn)，在AD模型中OPN是巨噬細(xì)胞參與Aβ清除的關(guān)鍵免疫調(diào)節(jié)因子[6]。此外，有尸檢研究結(jié)果顯示，OPN在AD病人大腦錐體神經(jīng)元中的表達(dá)增加[7]。還有研究結(jié)果顯示，從MCI進(jìn)展到AD病人的CSF OPN表達(dá)增加[13]。上述研究表明，CSF OPN可能通過影響AD的早期病理改變參與AD的發(fā)生發(fā)展。

本文研究結(jié)果還顯示，在非癡呆人群中，基線CSF OPN水平與海馬萎縮的速率有關(guān)。先前有研究證實(shí)，通過MRI評估的腦萎縮是AD相關(guān)神經(jīng)變性的有效標(biāo)志[17]。CSF OPN水平與海馬體積的變化率呈負(fù)相關(guān)，提示CSF OPN促進(jìn)AD相關(guān)神經(jīng)退行性變。綜合以上研究結(jié)果，CSF OPN可能通過參與Aβ和tau病理改變而影響海馬結(jié)構(gòu)。OPN影響AD發(fā)生的途徑很復(fù)雜，其確切的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，CSF OPN在AD早期階段水平升高，并且與AD早期病理改變相關(guān)，本研究進(jìn)一步證明了CSF OPN是AD潛在的早期生物標(biāo)志物，具有監(jiān)測AD病理進(jìn)展和判斷預(yù)后的潛力。該生物標(biāo)志物可能對AD臨床研究、藥物開發(fā)等具有一定的作用。