Tau蛋白相關標志物對阿爾茨海默病的診斷價值

周麗華 徐武華

Tau蛋白相關標志物對阿爾茨海默病的診斷價值

周麗華 徐武華

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)約占老年期癡呆疾病構成比的50%～75%,其患病率隨著年齡增長而快速增加。由于迄今為止病因和發病機制尚未明確,且缺乏有效的防治手段,AD已成為危害人類健康的世界性公害[1]。細胞外的Aβ沉積和細胞內的Tau蛋白異常磷酸化共同構成AD的兩大病理特征。由于Aβ學說的興起,近二十余年AD臨床和基礎研究的重點都集中在Aβ上,但臨床病理研究早已證實,AD病人的癡呆程度主要與tau蛋白異常磷酸化的神經纖維纏結(neurofibrillary tangles, NFTs)數量有關,而與Aβ斑塊數量無關。事實上,絕大多數以清除Aβ沉積為疾病防治標靶的Aβ疫苗均以難以在疫苗誘導的“有益的”清除性免疫反應和“有害的”免疫性不良反應之間取得平衡而宣告失敗[2]。

即使是在AD的診斷標準中,圍繞tau蛋白的診斷標志物也是少之又少。僅在2007年NINCDS-ADRDA更新的標準(研究用)中提及了腦脊液磷酸化tau蛋白(CSF P-tau)、腦脊液總tau蛋白(CSF T-tau)可作為診斷參考,而2011年美國國家衰老研究所和阿爾茨海默病學會(NIA-AA)診斷標準中所提及的診斷標志物依然主要圍繞著Aβ[3]。近年來,人們開始反思Aβ學說并重新審視另外一個長期被忽視的AD病理機制假說——tau起源學說。該學說首先由德國神經病理學家Braak H&E提出,并根據NFT在不同腦區的擴散規律,勾畫出了一個與臨床癥狀高度吻合的“十階段” AD發展模式[4]。注意到許多其他中樞神經變性性疾病(如路易體癡呆、進行性核上性麻痹、帕金森病、額顳性癡呆、朊蛋白病等)也存在相似的tau異常磷酸化過程,越來越多的學者也將此類疾病統稱為tau病(tauopathy)[5],其病理分型主要依據蓄積的tau蛋白同型異構體的種類及病理改變與tau基因變異的相關性。本文擬從tau蛋白出發,全面闡述其在AD診斷學標志物領域的研究進展。

1 tau蛋白生理及病理生理

Tau 蛋白是一種基因編碼于人類17號染色體長臂上,分子量在50～75 kD之間,并具有重要生理功能的微管相關蛋白。主要分布在神經元軸突中,正常情況下通過不同的mRNA剪輯方式主要表達為6種同功異構體,并借助少量的磷酸鍵組成成對的雙螺旋神經細絲(paired helical filament,PHF),后者進一步組合成神經原纖維,在神經元內起著傳導遞質信號、轉運營養物質的重要作用。因此tau蛋白不僅是構成神經骨架分量最多的物質,也是維持神經細胞正常生理功能以及自身生長發育、創傷后修復的基礎。

根據tau起源學說[4],AD病理狀態下,各種原因首先誘導了tau蛋白的異常過度磷酸化,并使其相互糾纏成塊絮狀即形成了大量的NFT,最終導致神經細胞喪失生理功能,甚至死亡。

2 腦脊液和血漿中的tau蛋白診斷學標志物

薈萃分析發現,相比Aβ42,CSF T-tau、P-tau水平測定對區分AD和正常對照(Aβ42:95%CI為0.55～0.58,P<0.0001;T-tau:95%CI為2.44～2.64,P<0.0001; P-tau: 95%CI為1.79～1.97,P<0.0001)以及穩定型和進展型輕度認知障礙(mild cognitive impairment, MCI)都具有診斷性價值以及AD預測價值[6]。在鑒別診斷方面,AD病人和散發型朊蛋白病病人分享不同的腦脊液tau蛋白診斷標志物,前者僅出現P-tau水平的顯著性升高,后者的T-tau和P-tau水平均有明顯升高,從而提示T-tau水平在兩者之間的鑒別診斷價值[7]。

采用ELISA方法,Struyfs等[8]分別測定AD和非AD病人尸檢大腦中腦脊液T-tau、P-tau181p和Aβ42水平,結果發現Aβ42/P-tau181p比值、P-tau181p/T-tau比值有助于區分AD與額顳性癡呆以及AD和阮蛋白病,提示tau蛋白分型檢測可進一步提高癡呆病因診斷的精準度。腦脊液其他亞型的tau蛋白測定,如P-tau199、P-tau231、P-tau396及P-tau404等可能對AD有一定的鑒別診斷價值,但迄今為止,在癡呆諸多疾病譜群中尚未發現一種對AD具有“一錘定音”診斷價值的tau蛋白標志物,因此有學者主張動態并聯合腦脊液Aβ檢測能提高AD診斷的準確度[9]。

眾所周知,AD狀態下,血腦屏障也遭受不同程度的破壞,因此腦內tau蛋白也會部分外滲至外周血液,盡管腦脊液標本的獲取遠較采血困難,但采用外周血完成的tau蛋白相關性診斷學標志物的研究并未取得令人滿意的進展,許多研究結果甚至相互矛盾。Olsson等[6]采用Meta分析發現,僅血漿T-tau蛋白水平在鑒別AD病人和正常對照組之間具有一定的診斷價值(OR=1.95;95%CI為1.12～3.38;P=0.02)。但同樣采用Meta分析,Shanthi等[10]卻得出了無意義的陰性結果。而最新公布的ADNI和BioFINDER研究結果也顯示,AD病人血漿tau水平因與正常人群存在太大的重疊,難以作為AD的診斷學指標[11]。有學者同時檢測了從MCI到AD不同階段病人腦脊液和血漿的Aβ42和T-tau、P-tau蛋白水平,發現這種雙聯合的檢測方法或許能提高AD疾病進展的預測價值[12]。因此總體來說,外周血tau蛋白的檢測意義遠遜于腦脊液,聯合腦脊液tau蛋白以及其他指標或許能提高其作為生物學診斷標志物的檢測意義。我們認為,這可能與AD狀態下血腦屏障的損害程度缺乏特異性、外周血中蛋白質成分過于紛雜、檢測方法不夠靈敏以及對tau蛋白的理解不深有關。

3 tau蛋白的分子神經影像學標志物

受Aβ學說影響,長期以來,AD的分子影像學幾乎都是圍繞著Aβ斑塊開展的。早期代表性的技術是結構和功能磁共振、氟脫氧葡萄糖-正電子發射斷層掃描(FDG-PET)、匹茲堡化合物B(PIB)淀粉樣蛋白成像和18F-FDDNP PET。其中示蹤劑標記的淀粉樣蛋白成像技術使人類第一次能夠無創、活體觀察到腦內Aβ病理特征,并首次為AD的早期診斷和高危人群的隨訪追蹤提供了一個盡管昂貴但直觀有效的分子影像學檢測手段。

18F-FDDNP是第一個公開報道的能同時結合Aβ斑塊和NFT-tau的示蹤劑。Barrio 等[13]以及Kepe 等[14]分別在慢性創傷性腦病病人大腦皮層下和進行性核上性麻痹病人大腦檢測到高水平的18F-FDDNP聚集,鑒于這2種疾病均屬于tau病譜群,提示這種示蹤劑確能敏感地識別NFT-tau。但也有研究發現,該示蹤劑聚集現象可同時出現于AD病人NFT密集的海馬區域以及Aβ斑塊豐富的腦區,因此,多數人認為18F FDDNP與NFT-tau的結合可能是非特異性的,因而限制了它作為tau蛋白分子影像學診斷標志物的應用前景[15]。

為了解決18F-FDDNP的非特異性結合問題,最近不斷有新的tau示蹤劑研發上市,其中又以18F-THK523、18F-THK5105、18F-THK5117等6種tau示蹤劑被認為最有應用前景[16]。Fodero-Tavoletti等[17]采用18F-THK523標記轉基因AD小鼠海馬切片,顯示了大量THK523免疫陽性的tau病理結構,但同一區域的Aβ斑塊并未顯染,提示該示蹤劑對tau蛋白的高度特異性。但總體來說,tau特異性示蹤劑的研究仍處于起步階段,尤其是具有前瞻性的臨床應用研究報道極少,其可靠性和應用價值仍有待于進一步的研究。

4 自身抗tau抗體:潛在的新生物標志物

無論是Aβ學說的支持者,還是tau起源學說的倡導者,都承認炎癥(免疫)反應是AD發生發展的 “橋梁”。相對于Aβ免疫研究,tau相關的免疫研究報道可謂鳳毛麟角。盡管正常狀態下,tau屬于細胞骨架蛋白,但在AD狀態下,隨著變性損傷、細胞凋亡和死亡的增多,細胞內各種形式的tau蛋白片段溢出到細胞外,暴露在腦內自身免疫監控之下并誘導從局部到彌漫的炎癥(免疫)反應是一種合情合理的邏輯假設。

事實上,2006年Rosenmann等[18]在1個小樣本(17例)中第一次證實自身抗tau抗體廣泛存在于AD病人和正常對照者的血漿和腦脊液,但并未引起業界的足夠重視。直到2012年,Bartos 等[19]才在一個80例的稍大樣本中證實了這種自然發生的抗tau抗體在AD病人腦脊液和血清中的濃度明顯高于正常人和其他類型癡呆病人,從而提示這種由tau蛋白誘導的自身免疫反應確實發生于人類大腦,并可能通過受損的血腦屏障釋放到外周血。目前tau蛋白疫苗的研究已經啟動,進入Ⅰ期臨床試驗的tau疫苗主要包括AAD-vac1和ACI-35,尚未公布試驗結果,它們能否成功規避當今Aβ疫苗研究正陷入的免疫陷阱值得期待[20]。

綜上所述,tau蛋白的相關診斷學生物標志物研究雖剛剛起步,但已經取得了令人鼓舞的進展,尤其是在Aβ學說陷入重重困境的今天,積極開展該領域的研究不僅可以為AD診斷和新藥物研發提供新的思路,還有助于進一步解開AD病理機制之謎。

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10.3969/j.issn.1003-9198.2017.03.023

2016-12-02)