阿爾茨海默病腦脊液和替代基質中生物標志物的研究進展

方涵 楊再興

阿爾茨海默氏病（AD）是一種進行性神經退行性疾病，是老年人中最常見的癡呆類型。AD主要表現為神經精神癥狀，例如進行性記憶障礙，認知功能障礙，性格改變和語言障礙，嚴重影響社交、職業和生活功能。2011年，美國國家老齡研究所和阿爾茨海默病學會聯合發布了AD診斷指南，該指南將AD分為三個階段，即無癥狀的臨床前AD，AD源性輕度認知損害（MCI）和AD癡呆［1］。在2018年，NIAAA建議進一步更新，統一了影像學和生物標志物的研究框架，并將生物標記物分為AT（N）組，表明淀粉樣蛋白沉積（A），病理性纖維性Tau蛋白（T）和神經變性（N）。目前，神經心理學測試量表，實驗室測試和影像學測試通常在臨床實踐中用于阿爾茨海默氏病的早期診斷。大量證據表明，在AD臨床診斷之前某些生物標志物已發生變化，而在臨床前AD和MCI向AD的進展中幾乎無變化［2］，因此確定生物學標志物可有助于診斷AD早期，并在病情進展以及療效的評價中發揮重要作用。本文回顧了可早期診斷AD的腦脊液中的生物標志物和替代基質中的生物標志物，以供參考。

1 腦脊液中的生物標志物

腦脊液由腦室中的脈絡膜叢產生，在中樞神經系統中起重要作用。因為退化壞死的神經元將直接與腦脊液交換其代謝產物，所以腦脊液中生物標志物的檢測將更加直接，并且可以排除體內許多代謝紊亂，是理想的鑒定標本。

1.1 β-淀粉樣蛋白 研究表明，β-淀粉樣蛋白（Aβ）的產生增加和清除減少會導致其在腦內異常積聚，從而對周圍的突觸和神經元產生毒性作用，會破壞突觸膜，并導致神經細胞死亡。Aβ是一種由淀粉樣前體蛋白（APP）通過淀粉樣代謝途徑產生的多肽，其中90%是Aβ40，其余10%大部分是Aβ42。腦脊液Aβ42作為輕度認知障礙（MCI）患者發生AD的指標，將受到年齡、性別、觀察時間和APoE4的影響。目前的臨床研究尚未證實Aβ異常的老人一定會發展為AD，而在其他神經退行性疾病中也發現腦脊液中Aβ的減少，因此在識別AD和其他非AD癡呆方面特異性低［3］。AD患者的腦脊液中Aβ42水平低于正常對照組，結合檢測Aβ42水平和Aβ42/Aβ40比值可以提高AD的診斷敏感性和特異性［4］。

1.2 Tau蛋白 Tau蛋白是一種含磷酸的蛋白。AD患者大腦中的Tau蛋白異常地過度磷酸化并聚集成雙螺旋絲狀，并失去正常的生物學功能。異常磷酸化的Tau蛋白的病理沉積導致神經原纖維纏結（NFTs）的形成，可將其用作大腦過早衰老的標志。與正常老年人相比，AD患者大腦中的NFT數量更多，分布更廣泛。NFTs隨著AD的進展而增加，并且與癡呆癥狀的程度有關。在AD患者的CSF中，t-tau和p-tau濃度升高，這是疾病嚴重程度的標志，濃度越高，疾病進程越快。NFT的主要成分是p-tau，p-tau的增加比t-tau對AD的診斷更有意義。早期臨床AD患者的腦脊液中p-tau水平與認知功能相關性顯著降低，預示AD的發生［5］。研究表明，腦脊液Aβ42、t-tau和p-tau的聯合使用可將AD與正常對照區分開，其敏感性為97%，特異性為75%［6］。由此可見，多種標志物聯合診斷的敏感性高于單一標志物，對AD的早期診斷具有一定的臨床意義。

1.3 胰島素 胰島素可由神經細胞自身合成，或由胰島β細胞分泌并透過血腦屏障（BBB）進入中樞神經系統［7］。研究發現，腦脊液中胰島素的水平是血液中的25%［8］。APP通過非淀粉樣代謝途徑產生可溶性片段sAPP a，sAPP a具有神經營養和保護作用，可以競爭性地減少Aβ的產生，從而延緩AD的發展。Tau蛋白磷酸化的關鍵酶是糖原合成激酶3β（GSK-3β），而胰島素可以抑制GSKG3β活性并降低Tau蛋白磷酸化［9］。研究發現，在大鼠的側腦室長期注射鏈脲佐菌素（stz）可以減少大腦中的葡萄糖攝取，從而導致類似于AD的病理生理變化，例如記憶功能逐漸下降，腦內葡萄糖代謝減少，突觸功能障礙，Aβ沉積和Tau蛋白磷酸化［10］。中樞神經系統中能量代謝的缺陷在神經退行性疾病的過程中起著重要作用［11］。胰島素調節人腦內的葡萄糖代謝，胰島素分泌減少引起的血糖異常會引起腦內物質運輸和能量代謝受損，從而導致認知能力下降。

1.4 ApoE4 載脂蛋白E（ApoE）是一種脂質轉運蛋白，在中樞神經系統的神經元中大量表達，而ApoE4是其亞型之一。ApoE4增加Aβ沉積，產生神經毒性片段，刺激Tau蛋白磷酸化，并損害線粒體功能。ApoE4參與AD發生的機制還需進一步研究。

1.5 其他相關標志物 β-分泌酶1、神經顆粒蛋白、α-突觸核蛋白、神經絲（NF）等與AD的發病機理或其他病理生理學方面有關，例如生化修飾、酶缺陷、清除和降解途徑［12-13］，這些蛋白可用作AD的潛在生物標志物。例如，神經絲是軸突蛋白，具有高（NF-H）、中（NF-I）和輕（NF-L）分子量，相對于正常人，AD患者腦脊液中的NF-L水平升高［14］。腦脊液檢查是侵入性且不方便獲取材料，因此人們正在尋找其他可靠、可重復、非侵入性、易于檢測的替代基質來代替腦脊液檢查，包括血液、尿液、唾液等。

2 血液中的生物標志物

2.1 Aβ42蛋白 目前，關于外周血Aβ42與AD的相關性的研究仍存在爭議。研究［15］顯示，AD患者越嚴重，血漿Aβ42蛋白濃度越低。但是其他研究［16］表明，血漿Aβ42濃度升高是AD的危險因素。因此，需要更多的大樣本隊列研究來驗證血漿Aβ42與AD嚴重程度之間的關系。

2.2 淀粉樣前體蛋白 在血液中，血小板是Aβ肽的主要來源。早期AD患者血小板中APP形成率的減少幅度與AD的嚴重性有關［17］。血小板中APP形成率的檢測可作為AD患者早期診斷和排除的參考。

2.3 同型半胱氨酸（HCY） HCY是通過蛋氨酸代謝產生的含硫氨基酸，是心血管疾病的重要危險因素。對認知能力受損的個體進行的一項前瞻性研究［18］發現，血漿HCY＞14μmol/L時，AD的風險增加了幾倍，表明高HCY可能是AD疾病的危險因素。另一項回顧性研究［19］顯示，阿爾茨海默氏病患者的HCY含量越高，疾病越嚴重，預后越差。2.4 S100B蛋白 S100B蛋白是主要由神經膠質細胞分泌的鈣結合蛋白。在生理濃度下，S100B蛋白具有旁分泌或自分泌神經營養作用，在高濃度時具有神經毒性作用。當腦組織受損時，S100B蛋白可以釋放至腦脊液中，并通過血腦屏障進入血液，導致血清中S100B蛋白水平升高。

3 尿液中的生物標志物

尿液標本易于獲取，患者依從性良好。其適用于人群篩查，早期診斷和療效觀察，并且可以長期重復隨訪。

阿爾茨海默氏病相關神經絲蛋白（AD7C-NTP）是一種跨膜磷蛋白，在神經元細胞體中表達。De la Monte教授發現AD腦中AD7C-NTP的表達水平升高，與p-tau水平呈正相關，并在組織學完整的退化神經元中出現，證明AD7C-NTP異常蛋白表達增加是AD神經變性的早期事件［20］。隨后的研究表明，NFTs中存在AD7C-NTP，這主要與誘導神經炎癥和細胞死亡有關。研究發現，檢測AD患者尿液中AD7CNTP的水平與檢測CSF中AD7C-NTP的意義相同，診斷AD的敏感性為90%，特異性為92.3%，說明其診斷具有重要的臨床參考價值［21］。

4 唾液中的生物標志物

唾液收集是完全非侵入性的，可以單獨收集，也可以重復收集，因此唾液是監測疾病的理想基質。一些研究發現，AD早期患者唾液中的Aβ42水平明顯高于對照組，表明唾液中Aβ42蛋白的測定可作為AD早期診斷的生物標志物［22］。

流行病學調查表明，隨著人口的老齡化，老年癡呆癥患者人數也隨之增加。AD已成為公認的醫學和社會學問題，并引起了廣泛關注。近年來，在人們的不斷研究中，發現了許多與AD相關的體液生物標志物，但其中一些需要大量數據進行驗證。隨著超敏技術的不斷發展，檢測的準確性和靈敏性不斷提高，人們對侵入性較小的替代基質中的生物標記物寄予厚望，但很多是獨立研究尚未整合。

因此，單憑一種生物標志物難以準確診斷并預測AD的發生，將多種生物標志物檢測與影像學檢查、神經電生理學和神經心理學評估以及其他方法相結合，可用于構建統一，靈敏且特異的篩查和評估標準，以期達到早期診斷、及時干預的目的。