阿爾茨海默病體液生物標記研究進展

楊聯勇 沈金娥 余發春

云南省精神病醫院，云南省昆明市 650224

目前對于阿爾茨海默病(AD)的診斷主要基于臨床表現，最新的診斷標準由美國國立老化研究所和阿爾茨海默病協會(NINCDS-ADRDA)于2011年進行更新，主要針對的是AD癡呆階段和MCI期的診斷。這個階段患者已經出現明顯的臨床癥狀。而在AD出現臨床癥狀以前多年，就已經出現病理學變化，這個時期稱為臨床癥狀前期AD或者是癡呆前階段AD。對于臨床癥狀前期AD的診斷需要尋找AD相關的生物標記。理想的AD體液生物標記檢測應該是可靠、可重復、非侵入性、檢測簡便以及價格低廉的，同時還能夠在大規模人群中開展，例如在臨床實驗和基層醫療機構中進行。本篇綜述首先總結了已經廣泛獲得認同的三種AD腦脊液核心生物標記，繼而討論了部分研究獲得一致意見的相關新型體液生物標記。由于已經公布的血液生物標記研究數量有限，本文中大部分檢測的體液生物標記是腦脊液中的生物標記，少部分同時包括血液中的生物標記。

1 AD病理變化的核心體液生物標記

1.1 Aβ Aβ是淀粉樣前體蛋白(APP)被β位淀粉樣蛋白裂解酶1(BACE1)和γ分泌酶裂解后的產物。由于γ分泌酶裂解APP跨膜區域位置不是很精確，導致生成的Aβ肽鏈長度不一，根據Aβ肽鏈氨基酸的數量，主要分為Aβ38、Aβ40、Aβ42、Aβ43等。某些Aβ種類的變化與AD相關，下面主要討論Aβ42與Aβ40。隨著AD病程的發展，Aβ種類的相關變化情況尚未明確。

Aβ42是42個氨基酸長度的Aβ，只占腦脊液和血漿Aβ中的一小部分，但是在AD患者大腦中，Aβ42是老年斑的主要Aβ成分。Motter等首次報道AD患者腦脊液Aβ42水平降低。接著多項研究一致發現，腦脊液Aβ42水平和尸體解剖中老年斑數量呈負相關，也和體內PET淀粉樣成像呈負相關。

腦脊液Aβ42，聯合t-tau和p-tau，作為支撐AD診斷的核心生物標記，已經得到廣泛接受。有研究表明，這些生物標記也可以運用于認知功能正常人群和輕度認知障礙(MCI)患者，可以對疾病發展進行預后估計。腦脊液Aβ42也能用于AD與額顳葉癡呆的鑒別診斷，但是和其他的非AD癡呆有明顯的重疊。

研究人員在開發新的技術，用于檢測血液中的Aβ42。最近的研究采用超靈敏度的檢測方法，以及全自動的免疫檢測技術，結果證實血漿中的Aβ有可能作為疾病篩查生物標記。研究表明，血漿中的Aβ42和Aβ42/Aβ40的比值，與其在腦脊液中的水平，以及Aβ的PET成像之間有關聯[1]。如果正常的人群出現認知功能減退，血漿Aβ42/Aβ40比值可以預測患者進展為MCI或癡呆的風險程度。

Aβ40是大腦組織、腦脊液和血漿中的主要的Aβ類型，但是似乎不同于Aβ42對AD的致病作用。有研究報道Aβ40具有保護作用，可以對抗Aβ斑塊的形成。雖然腦脊液Aβ40在AD相關研究中尚未取得一致結論，但是腦脊液Aβ42/Aβ40的比值顯示出可以很好地預測Aβ淀粉樣成像陽性，要高于單獨的Aβ42。在區分AD和非AD癡呆患者中，Aβ42/Aβ40的比值也似乎比單獨的Aβ42更好[2]。

1.2 β位淀粉樣前體蛋白裂解酶1(BACE1) 有研究報道MCI患者腦脊液BACE1活性和蛋白水平，比AD患者或者對照組升高。AD患者也比對照組升高。此外，在AD 和MCI患者中，APOEε4等位基因攜帶者腦脊液BACE1活性升高。MCI進展為AD的患者，比穩定的MCI患者腦脊液BACE1活性升高。也有研究檢測血漿BACE1，結果發現AD患者和對照組之間有差異性。此外，在MCI進展為AD的患者，相比穩定的MCI或者AD患者，BACE1活性升高[3]。

1.3 Tau蛋白 腦脊液總tau蛋白(t-tau)和磷酸化tau蛋白(p-tau)也被認為是支持AD診斷的核心標記物。AD和對照組之間的腦脊液t-tau和p-tau水平有顯著性差異。尤其是在其他類型癡呆中腦脊液p-tau的水平都是正常，因此p-tau可以作為AD與其他類型癡呆的鑒別診斷標記。當同時檢測腦脊液tau蛋白和Aβ42水平時，可以明顯提高對AD的診斷效能。研究發現，腦脊液t-tau/Aβ42和p-tau/Aβ42的比值，比任何一種單獨的指標，更能辨別出Aβ陽性PET成像患者。在另一項研究中，通過尸體解剖確診的AD患者和對照組，腦脊液t-tau/Aβ40和p-tau/Aβ42是區分兩組患者的最好指標。聯合使用tau蛋白和Aβ標記物還可以預測AD的進展。研究發現，腦脊液t-tau/Aβ42和p-tau/Aβ42可以預測認知正常的人出現認知功能減退，也可以預測MCI患者進展為AD。

2 血管調節障礙

腦血管疾病和AD共患的情況比其他神經退行性疾病更為常見。很久以前就有人提出血管調節異常是AD的主要影響因素。血管調節異常對AD產生影響的時間點一直有爭論，最近的研究發現血管調節異常比Aβ病變出現更早。國外學者提出，對于晚發型AD，血管調節異常是最早出現和最重要的病理學變化，接著才是Aβ沉積，神經元糖代謝障礙，細胞功能受損，大腦灰質萎縮。

心型脂肪酸結合蛋白(hFABP)是一種心血管系統相關的體液生物標記，已經長期用于心肌梗死。目前有研究提出將之作為AD的生物標記。研究顯示hFABP和腦脊液Aβ42水平相關，但是與認知功能障礙無相關性[4]。研究發現腦脊液hFABP和AD有中等程度的相關性。腦脊液hFABP顯示出可以預測MCI進展為AD的風險。

3 炎癥反應和神經膠質細胞活化

3.1 髓系細胞觸發受體2(TREM2) 炎癥反應也被認為是AD發病機理的一個環節。Aβ斑塊和神經纖維纏結(NFT)在大腦中誘發免疫反應，促進神經膠質細胞活化。TREM2是一種炎癥反應和神經膠質細胞活化的體液生物標記。TREM2在多種髓系細胞上表達，包括中樞神經系統中的神經膠質細胞，具有多種生理學功能，包括調節髓系細胞數量、吞噬作用、炎癥反應。TREM2在AD大腦中上調，通過吞噬作用清除Aβ，在疾病早期階段具有保護作用。但是由于同時激活了炎癥反應，在疾病的后期具有致病作用。

腦脊液中可以檢測出可溶性的TREM2(sTREM2)，具有作為AD生物標記的潛力。其中一項研究發現，AD常染色體顯性遺傳變異的攜帶者，在出現臨床癥狀5年以前腦脊液中的sTREM2水平升高。一些研究發現，AD和MCI組患者比對照組腦脊液sTREM2水平輕度升高，AD所致MCI組也比其他AD組(臨床前期AD組或者是AD癡呆組)升高[5]。

3.2 甲殼質酶蛋白40(YKL-40) YKL-40在多種炎癥環境和癌癥時上調，可能具有促炎癥反應和血管生成的作用。在AD患者上，YKL-40在臨近Aβ斑塊的星形膠質細胞上表達，并和tau病變呈正相關，表明YKL-40在AD炎癥反應和其他的tau病變中起作用[6]。有研究顯示AD患者腦脊液YKL-40水平比對照組升高，較晚的臨床前期AD也比早期的臨床前期AD患者YKL-40升高。也有研究采用血漿中的YKL-40作為AD生物標記進行檢測，結果顯示輕度AD患者和早期AD患者比對照組升高。但是，血漿中的YKL-40無法證實可以預測認知功能減退。總之，目前的證據支持將腦脊液YKL-40作為AD患者神經元炎癥反應或是星形膠質細胞增生的生物標記。

3.3 γ干擾素誘導蛋白10(IP-10) 還有其他的炎癥反應標記，如IP-10由多種細胞分泌，在炎癥反應和血管生成中起作用，有研究報道在MCI和輕度AD患者腦脊液中升高，但是在重度AD患者中則沒有升高。最近的一項研究報道，在無癥狀老年人群中，腦脊液IP-10水平升高和腦脊液t-tau以及p-tau升高相關[7]。

還有很多其他的炎癥標記作為AD生物標記進行過研究，但是結果尚未取得一致。包括IL-6、TNF-α、IL-1β、TGF-β、IL-12和IL-18等。這些研究結果得出的一個共同點，就是強調了AD伴隨著炎癥反應的事實。

4 突觸功能障礙

突觸功能障礙和突觸丟失是AD病理學早期的變化。在MCI和早期AD患者上，尸體解剖發現突觸丟失的水平和患者生前認知功能相關。AD患者突觸丟失的病理變化不僅是出現在老年斑附近，也可以出現在整個神經纖維網上。更重要的是，在AD患者相同大腦皮質區域，突觸丟失程度比神經元丟失更嚴重。突觸功能障礙的體液標記主要包括神經顆粒素(Neurogranin)、突觸相關蛋白-25(SNAP-25)和突觸結合蛋白(synaptotagmin)。

4.1 神經顆粒素 神經顆粒素主要在樹突脊上表達，通過調節鈣離子結合蛋白——鈣調蛋白，在突觸后信號傳遞過程中起作用。動物模型和基因研究發現，神經顆粒素和認知功能以及突觸可塑性有關。尤其是腦脊液神經顆粒素已經被認為是突觸變性的標記[8]，和其他的突觸蛋白一起，有望成為AD的新型生物標記。AD患者和MCI患者腦脊液神經顆粒素水平比對照組和非AD癡呆患者高[8]。多項研究發現腦脊液神經顆粒素可以預測疾病的進展，包括認知功能正常的對照組將來出現認知功能受損的風險。此外在Aβ病變的患者上，腦脊液神經顆粒素水平與大腦萎縮相關。

4.2 SNAP-25和突觸結合蛋白 神經遞質通過突觸囊泡的胞外分泌釋放，過程很復雜，需要多種蛋白介導，其中就包括由SNAP-25組成的SNARE蛋白復合物和突觸結合蛋白。尸體解剖研究發現，AD大腦中多種突觸蛋白水平改變，包括SNAP-25和突觸結合蛋白。研究發現，AD或者是MCI患者腦脊液SNAP-25和突觸結合蛋白水平比對照組升高。國外一項隊列研究發現，AD患者和Aβ陽性的MCI患者基線腦脊液SNAP-25水平，比認知功能正常組和Aβ陰性MCI患者組高。在平均追蹤隨訪4年時間里，AD組SNAP-25水平縱向降低，其他組則沒有顯著性的縱向變化[9]。

5 α突觸核蛋白(α-Synuclein)病理學變化

α突觸核蛋白在神經元蛋白中含量較多，主要位于突觸間隙前端，參與囊泡融合和神經遞質釋放過程。α突觸核蛋白聚集成為路易體的主要成分。α突觸核蛋白病變主要包括帕金森病、帕金森病性癡呆、路易體癡呆以及多系統萎縮。盡管如此，半數的散發性AD患者大腦上，除了AD病理學變化外，還伴隨有α突觸核蛋白聚集，幾乎所有的早老素-1突變的家族性AD患者伴隨有α突觸核蛋白聚集。雖然腦脊液α突觸核蛋白作為帕金森病的生物標記已經進行過研究，但是MCI和AD患者腦脊液的α突觸核蛋白水平也比對照組升高[10]。研究發現AD患者腦脊液α突觸核蛋白與腦脊液t-tau有強相關性，與p-tau有弱相關性。

6 脫氧核糖核酸結合蛋白43(TDP-43)病理學變化

TDP-43可以結合DNA和RNA ，參與基因轉錄和剪切。在病理條件下，TDP-43在細胞質中聚集，并被高度磷酸化或是泛素化，形成細胞質中的包涵物，在20%～50%的AD患者上也可以檢測到這種TDP-43病理學變化，而且和更明顯的腦萎縮、記憶力喪失以及認知功能受損相關。研究顯示TDP-43病理學變化能夠被Aβ誘發，而且TDP-43對神經元炎癥反應也有作用，也可能在線粒體和神經元功能障礙中起作用[11]。有一項研究報道，大部分AD患者血漿中的TDP-43比對照組升高。另外一項小規模研究發現血漿TDP-43升高的MCI前期患者，后來進展為AD癡呆。

7 鐵毒性

鐵對于大腦的正常功能有重要作用，但是如果鐵過量也會導致神經退行性變。研究發現AD患者大腦鐵升高，MCI患者大腦鐵也升高。鐵是具有氧化還原性質的活性金屬，體外研究已經發現鐵可以結合Aβ，并導致Aβ沉積，同時釋放過氧化氫。細胞內的鐵可以影響APP的代謝，并可以結合過磷酸化的tau蛋白，并誘導蛋白聚集。

鐵蛋白是體內主要的細胞內鐵儲存蛋白，在大腦鐵平衡中有重要作用。AD大腦組織的鐵蛋白升高[12]。腦脊液鐵蛋白水平升高和認知功能減退相關，并能預測MCI進展為AD。

8 其他的神經元蛋白質

8.1 視錐蛋白樣蛋白-1(VILIP-1) VILIP-1是一種神經元鈣傳感蛋白，參與突觸可塑性相關的信號傳遞。研究發現這種蛋白和AD有關聯，并且和腦脊液t-tau和p-tau相關，這些證據支持將VILIP-1作為神經退行性疾病的標記。多項研究發現，AD患者腦脊液VILIP-1水平比對照組升高[13]。有一項研究發現AD組患者在平均隨訪4年的時間里，腦脊液VILIP-1水平呈縱向降低，其他組患者則無顯著縱向變化。

8.2 神經纖維細絲蛋白(NF) NF是神經元表達的一種神經中間絲蛋白，大量存在于軸突中。NF對于軸突形成放射狀生長至關重要，并可以成為神經元的支撐結構，傳導電脈沖信號。最近的研究發現NF對于維持正常突觸功能也非常重要。NF異常聚集和結構改變在很多神經退行性疾病中出現，包括AD和帕金森病。腦脊液NF-L亞單位在多種神經退行性疾病中升高，可以作為軸突損傷的標記。研究發現AD患者和MCI患者腦脊液NF-L水平比對照組升高，并且和MCI和癡呆患者生存期縮短相關[14]。最近也有研究報道血液中的NF-L作為多種神經退行性疾病的生物標記，其中包括AD。有研究顯示AD患者血漿或是血清NF-L水平比對照組升高。此外，血漿NF-L似乎與認知功能降低和大腦萎縮相關[15]。綜合上述研究，提示腦脊液和血漿NF-L都有望成為AD和其他神經退行性疾病的生物標記，可以作為軸突損傷的非特異性標記并用于預后估計。

9 總結

AD治療的關鍵在于早期診斷、早期干預治療。AD相關基因突變所致的家族性AD只占了AD總病例數的極小部分，絕大部分的散發性AD目前仍缺乏有效的診斷生物標記。目前國外在AD新藥臨床實驗中使用AD相關的核心生物標記Aβ42、Aβ40、p-tau和t-tau作為實驗招募受試者的標準，有望在臨床實驗中取得一定進展。同時，在基層醫療單位中，仍迫切需要開發出新的診斷指標，侵入性低、可重復、可信度高的檢測方法，比如血液中的AD生物標記，對于早期篩查AD高危人群有重要意義。聯合使用這些核心生物標記，有望提高AD的診斷效能。