診斷阿爾茨海默病潛在生物標志物的研究進展

王思翔 曾紅梅 李揚娜 盧曉慶 王超

南昌大學第二附屬醫院神經內科（南昌330000）

從1906年Alois Alzheimer第一次對阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）病例進行報道［1］，經過幾十年的研究，人們發現AD的發病機制與β-淀粉樣蛋白（Aβ）沉積、tau蛋白神經纖維纏結、神經炎性機制學說、神經血管受損學說、氧化應激等密切相關，研究得到眾多的潛在的AD相關生物標志物。美國老齡化研究所-阿爾茨海默病協會（National Institute on Aging-Alzheimer′s Association，NIAAA）及國際工作組（International Working Group，IWG）相繼分別于2011、2014年提出新改進的AD診斷指南。明確提出了將核心生物標記物——腦脊液（cerebrospinal fluid，CSF）Aβ42減低、CSF tau蛋白升高、PET影像顯示淀粉樣蛋白沉積、AD易感基因突變用于AD疾病的分期分型［2-4］。本文則從AD的病理生理過程進行系統論述，探討除核心生物標記物（淀粉樣蛋白、tau蛋白沉積）外，還有哪些潛在生物標志物可能用于未來明確AD診斷。

1 影響軸突、突觸相關功能的生物標志物

1.1 神經絲蛋白（neurofilament light，NFL）AD的標志神經病理學標志物是Aβ積累和神經纖維纏結。NFL是神經纖維纏結中廣泛磷酸化的神經纖維絲組成單元［5］，也是神經細胞骨架的支架蛋白，在軸突和樹突的生長和分支中具有重要的功能［6］。腦脊液中NFL濃度升高常見于AD、肌萎縮側索硬化、帕金森綜合征、多發性硬化、神經軸索損害等疾病中。有系統分析納入9個研究，比較AD人群和正常對照組CSF中NFL濃度差異，顯示兩組CSF中NFL濃度比2.35（95%CI：1.90 ～ 2.91，P＜ 0.000 1）［7］，提示該生物標志物是區分兩組人群較好的指標。

1.2 類視錐蛋白（visinin-like protein-1，VLP-1）AD發病機制與Ca2+信號通路異常密切相關。VLP-1蛋白作為神經元鈣感應蛋白家族之一，影響著突觸可塑性的細胞內神經元信號通路，如環核苷酸級聯和煙堿能信號。同時也參與影響細胞內鈣穩態的紊亂致使神經元損傷有關。這些發現證實了VLP-1可作為標記神經損傷的生物標志物［7-8］。研究［9］表明，聯合CSF VLP-1/Aβ42和VLP-1/p-tau231比例在用于鑒別AD與正常對照組的結果顯示：其敏感性為83%，特異性為70%，比值越高者其簡易智能精神狀態檢查量表（Mini-Mental State Examination，MMSE）得分越低，可用于預測AD的預后。

1.3 海馬神經顆粒素（neurogranin，Ng）Ng是一種神經特異性突觸后蛋白，在海馬和基底前腦的樹突棘上，Ng與鈣調蛋白結合以調節鈣離子的進出激活突觸或者通過N-甲基-D-天冬氨酸抑制突觸的活動［10］。高濃度的腦脊液Ng與快速認知功能減退、皮質葡萄糖代謝減少、海馬體積的下降密切相關［11］。

1.4 腦脊液α-突觸核蛋白AD臨床表現多樣性的原因是病理上路易小體的形成，在50%的AD患者病理中可見。該病理在帕金森病、路易體癡呆等疾病中也有出現［12］。α-突觸核蛋白是路易小體的主要組成部分。最近一項研究［13］發現在輕度認知功能障礙（MCI）、AD患者中α-突觸核蛋白與t-tau有較強的相關性，還發現異常的關系，即CSF p-tau升高伴隨CSF α-突觸核蛋白下降。提示聯合該生物標志物異常匹配關系可用于診斷AD及預測縱向認知變化［14］。

2 參與淀粉樣蛋白沉積過程的生物標志物

2.1 β-位點的淀粉樣前體蛋白（APP）裂解酶1（BACE1）BACE1作為裂解APP產生多種不同亞型的可溶性Aβ蛋白，聚合成不可溶解的寡聚體Aβ淀粉樣蛋白沉積在腦組織中，寡聚體Aβ抑制海馬的長時程突觸增強（用于突觸可塑性和學習過程）［15-16］。一項1年縱向隨訪研究，顯示CSF Ng/BACE1的比值與MMSE評分年下降率顯著相關，可用于預測MCI轉化為AD的可能。

2.2 可溶性寡聚體Aβ淀粉樣蛋白腦組織間液中可溶性單體Aβ聚合成可溶性Aβ寡聚物，在再神經元細胞胞吞胞內形成不溶性淀粉樣蛋白沉積，即神經炎性斑［17］。有研究［18］通過拮抗Aβ寡聚物神經元結合受體Sigma-2/PGRMC1，阻斷Aβ寡聚體對神經元突觸的毒性作用和認知功能的損害，其研究發現的結合率下降超過90%以上。

3 神經炎癥反應及氧化應激標志物

神經炎癥反應是AD的主要病理特征之一，淀粉樣蛋白沉積激活了不同的細胞受體和細胞內信號通路，促使星形膠質細胞轉錄生成炎性的細胞因子、活性氧和活性氮，影響細胞內鈣水平、NADPH氧化酶（NOX）、NF-κB通路、谷氨酸攝取（增加興奮毒性的風險）和線粒體功能［19］。還發現來自外周免疫系統炎癥相關介質通過有缺陷的血腦屏障（blood brain barrier，BBB）進入中樞神經系統，在神經組織中聚集免疫細胞，加劇神經炎癥反應［20］。

3.1 腦脊液神經膠質活化蛋白（YKL-40）YKL-40是一種由各種細胞類型分泌的糖蛋白，包括炎細胞（中性粒細胞、巨噬細胞）、某些結締組織和特殊癌細胞［21-24］。臨床上發現YKL-40與許多疾病相關，如神經退行性疾病、癌癥、心血管疾病和炎性疾病，如肝纖維化、COPD和免疫性疾病［25-27］。有研究縱向隨訪MCI、AD人群，顯示該組人群CSF YKL-40較CSF VLP-1基線水平更高［28］。但對血漿中YKL-40薈萃分析示AD組與正常對照組（normal control，NC組）人群差異無統計學意義［7］。

3.2 單核細胞趨化因子蛋白（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）MCP-1是第一個被發現的炎性活性最強的小蛋白質家族［29］。一項針對AD及MCI兩組人群血漿MCP-1的縱向研究［30］顯示高濃度水平與快速認知能力下降有關。有研究組發現［31］CSF中MCP-1濃度升高與AD患者雙側額葉和顳葉、頂葉萎縮相關。

3.3 細胞因子在AD進展的過程中，越來越多研究證據表明星形膠質細胞和小膠質細胞參與血漿、CSF中的某些細胞因子生成，作用于神經炎癥反應［32-33］。目前有關腦脊液中的細胞因子的研究少，大多研究關注于在外周血中尋找AD相關的炎性標志物。系統分析比較MCI和AD人群血液或腦脊液細胞因子和調節信號傳導有關的蛋白的水平，發現研究最多的10種細胞因子生物標志物是：TNF-α；TNF受體；CD40及配體；IL-1β、6、18、CCL2/MCP-1等，但各研究組之間得出相互矛盾的結果［34-36］。各研究組的研究結果不一，說明需要進一步進行標準化樣本收集、處理和分析檢測，明確診斷可能。

3.4 腫瘤壞死因子轉化酶（TNF-α converting enzyme，TACE）TNF-α作為一種主要的炎性細胞因子，其通過TNF-α/TNF/死亡域TRADD/NF-κ、JNK級聯通路，誘導神經元死亡［37］。而TACE通過解除TNFR與TNF-α結合狀態，使死亡級聯信號傳導停止［38］。因此，在AD炎癥早期過程中，其可能可以作為潛在的標志物用于診斷AD疾病及預測疾病進展。

3.5 其他潛在的炎性生物標志物許多工作組研究發現：可溶性白細胞介素-6受體復合物（sIL-6RC）、急性期蛋白α2-巨球蛋白（A2M）、雙鏈RNA依賴蛋白激酶（PKR）、急性期蛋白α2-巨球蛋白（A2M）等炎性作用因子參與促大腦神經炎癥過程、錯誤神經纖維折疊、聚集淀粉蛋白沉積［39-41］，也是未來可能用于炎癥免疫調節治療AD及為診斷提供依據可能。

4 與神經血管功能損害相關標志物

4.1 BBB破壞標志物——腦脊液/血漿中白蛋白比率（即白蛋白商Qalb）早期研究通過白蛋白商Qalb了解AD人群BBB破壞情況，Qalb升高，尤其在有血管危險因素的AD患者中更為明顯［42-43］。也有其他研究組發現Qalb在所有類型的癡呆癥（AD、VAD、AD的其他亞型）中都升高，這表明BBB功能障礙是任何癡呆疾病過程中的早期事件［44］。

4.2 神經血管單元（neurovascular unit，NVU）受損生物標志物NVU是維持大腦微環境的特殊細胞網絡。AD影響NVU細胞類型包括腦血管細胞（內皮細胞、周細胞、血管平滑肌細胞）、膠質細胞（星形膠質細胞和小膠質細胞）。在維持BBB、調節腦血流、促進免疫監視等方面發揮作用［45-46］。因此，識別和整合有關NVU細胞特異性反應和損傷的生物標志物，從而明確AD疾病相關的生物標志物，也是將來的研究方向。研究發現AD患者腦毛細血管內皮細胞葡萄糖轉運蛋白呈低表達水平［47］。通過FDG-PET研究也證實了MCI、AD患者攝入的葡萄糖較少［48］。也有研究小組發現存在于BBB轉運蛋白表達異常：如有促進外周Aβ流入腦實質組織中參與AD病理高級糖化末端產物的受體（RAGE）表達增加，參與Aβ蛋白轉出腦組織及清除過程脂蛋白受體相關蛋白（LRP）和p-糖蛋白（P-GP）、膽固醇轉運體（Abca1）水平降低［49-50］。

5 展望及挑戰

目前已經研究得到眾多的潛在的AD相關生物標志物，但這些潛在的生物標志物大多處于個別研究，其結果表現差異很大，缺少綜合的Meta分析評估其診斷性能［7］。只有少數的生物標志物通過尸檢神經病理證實，大多數生物標志物反映的是潛在的AD發病機制及病理生理過程，也就是初步性質的。結合目前國內外的指南共識明確診斷AD需要昂貴的影像學或有創操作方式，加之隨著國內老齡化形勢嚴峻，因此，迫切要求研究者能找尋到新型的潛在生物標志物，以期望能簡單易行地用于臨床診治過程［51-53］。