阿尔茨海默病(Alzheimer′sdisease,AD)是一种涉及认知障碍的中枢神经退行性疾病,主要影响老年及老年前期人群｡该病以渐进性的认知功能障碍和行为损害为特征,临床表现包括记忆减退､失语､失认､视空间能力下降､抽象思维和计算能力受损,以及人格和行为改变等[1]｡其病理特征主要涉及脑内细胞外以β淀粉样蛋白(Amyloid⁃be⁃ta,Aβ)为主要成分的神经炎性斑沉积和细胞内过度磷酸化的Tau蛋白聚集形成的神经原纤维缠结[2]｡

我国国家统计局公布的结果显示,截至2023年末,60岁及以上人口为29697万人,占21.1%[3],AD标化发病率呈现增长态势[4],早在2018年每名患者年均费用达到122523元人民币[5],社会经济总成本超过1亿元人民币｡AD在我国人群死亡原因中排名第五,给家庭和社会带来了沉重的医疗､护理及经济负担[6]｡因此,及时发现并进行早期筛查,以及在Fa期(即AD生物分期的初始期病理改变)进行早期诊断,并在确诊后尽快开始治疗,对我国公众健康和社会的可持续发展具有重要意义｡本文旨在探讨近年来与AD相关领域中表现突出的脑脊液和血液生物标志物在早期诊断中的临床意义｡

1、生物标志物

生物标志物是指能够通过各种分析手段和工具进行客观测量与评估的生物学指标,其不仅具备潜在的诊断价值,而且能够作为评估和评价身体常规生化机制､正常生理过程､病理进展或治疗药理结果的客观指标,同时也是疾病进展评估和治疗效果判定中的关键参数[7]｡

2023年7月,美国国家老龄化研究所(NIA)和阿尔茨海默病协会(AA)颁布了《阿尔茨海默病诊断和分期的修订标准》,该标准涵盖了生物标志物诊断和临床症状诊断,其中生物标志物诊断进一步细分为初始期､早期､中期､晚期4个阶段｡新标准在2018版基础上,拓展了标志物类别:补充了非特异性标志物I(csf/血浆GFAP)[8]｡虽然脑脊液被视作检测神经退行性疾病生物标志物的理想液体候选物,但血液标本更有获取容易､便捷以及无创的特点,而备受青睐｡根据新标准,在有了生物标志物的检查结果后,处于Fa期患者就容易接受后续的PET检查,从而完善标志物分期并评估疾病的严重程度｡

2、核心液体生物标志物

2.1A:即淀粉样蛋白生物标志物-Aβ42Aβ

肽可以聚集并形成寡聚体和原纤维,从而导致淀粉样斑块沉积,是AD组织病理学标志之一[9]｡在淀粉样蛋白生成途径中,β位点APP裂解酶1(BACE1)和γ-分泌酶的活性导致可溶性APP⁃β(sAPPβ)和Aβ的形成[10]｡血液中Aβ1⁃42呈现多样性,有聚集成团块的趋势,但存在破坏Aβ1⁃42稳定性的蛋白酶,因此,需要一种高度灵敏的测定法来测定血液中的Aβ1⁃42｡目前,常规临床实践中使用的全自动免疫分析平台开发了血浆Aβ40和Aβ42免疫分析,检测显示出高灵敏度和运行内高重复性[11⁃12]｡测定总血浆Aβ42/40比率(TP42/40)与新皮质淀粉样蛋白沉积(用PiB⁃PE测量)呈负相关,并且与CSF中的AD生物标志物谱一致｡TP42/40在预测AD进展以及检测FDG⁃PET､淀粉样蛋白⁃PET和揭示潜在AD病理学方面具有价值｡因此,CSF生物标志物与AD的所有既定指标始终相关[13]｡在AD患者的CSF和血浆中检测到可溶性β2M增高,并构成淀粉样斑块核心,β2M是主要组织相容性复合体I类(MHCI类)的一种成分,是Aβ神经毒性的重要因素,也是治疗AD的潜在靶点｡反义寡核苷酸或单克隆抗体介导的β2M耗竭可减轻AD相关的神经病理,用基于β2M的阻断肽抑制β2M⁃Aβ共聚集可改善AD小鼠的淀粉样蛋白病理和认知缺陷[14]｡IL⁃33诱导小胶质细胞中的趋化蛋白VCAM1,促进小胶质细胞向Aβ斑块相关的ApoE趋化,并导致Aβ清除,促进VCAM1⁃ApoE依赖性小胶质细胞功能,可改善AD病理[15],是治疗AD的一个潜在研究方向｡

2.2T1:即磷酸化和分泌的ADtau蛋白生物标志物,包括p⁃tau217､p⁃tau181､p⁃tau231

磷酸化tau(p⁃tau)是一种大脑特异性蛋白质,是神经原纤维缠结的主要成分｡p⁃tau同工型的血液水平可以检测定义AD的tau蛋白和淀粉样蛋白病理,它诊断､预后信息的能力将可能有重要价值[16]｡p⁃tau181和p⁃tau217是最常检测的分子,脑脊液p⁃tau181增加通常与AD病理相关｡血浆p⁃tau181水平区分AD和非AD的诊断准确性,类似于使用CSFp⁃tau181或tauPET所达到的诊断准确性[17],血浆p⁃tau217浓度的增加与认知能力下降和脑萎缩有关,因此,表明p⁃tau217可作为临床前和前驱AD疾病进展的替代标志物[18]｡p⁃tau217目前被用作3期疾病(认知障碍和早期功能影响)缓解治疗试验的进入标准[19]｡血浆p⁃tau231对早期脑tau沉积的标志物,检测方法与血浆p⁃tau181相同,出现微小的Aβ沉积就能被检测[20]｡

2.3T2:即tau⁃PET和ADtau蛋白生物标志物,包括p⁃tau205､p⁃tau202､MTBR⁃tau243､非磷酸化tau碎片

CSF中p⁃tau205和p⁃tau202的定量比其他p⁃tau表位更能反映AD中的神经原纤维缠结｡CSFp⁃tau205在整个AD连续体中逐渐增加,而CSFp⁃tau202仅在AD和Aβ和tau病理学阳性(A+T+)病例中增加｡两者都显示出与tau⁃PET的区域关联性强于与Aβ⁃PET的区域关联性,并且CSFp⁃tau205与BraakV⁃VItau⁃PET区域显著相关｡CSFp⁃tau205和p⁃tau202均与全球和区域性脑萎缩测量相关,并与认知相关,是第一个用于AD中tau病理学体内定量的高通量CSFp⁃tau205免疫测定,以及在临床环境和临床试验中tau⁃PET的潜在经济高效替代方案[21]｡

基于免疫测定的p⁃tau生物标志物略优于基于无抗体质谱的p⁃tau生物标志物｡未来的工作需要确定单次运行中评估多个生物标志物的潜力是否可以抵消基于无抗体质谱法的p⁃tau定量的稍低性能[22]｡

含有残基243的tau微管结合区(MTBR)(MTBR⁃tau243)是一种新的CSF生物标志物,AD的认知和临床症状高度相关,特异性针对不溶性tau聚集体[23],将其与多种其他磷酸化tau(tau181､p⁃tau205､p⁃tau217和p⁃tau231)测量值比较,MTBR⁃tau243与tau正电子发射断层扫描(PET)和认知的相关性最强,而与Aβ⁃PET的相关性最低｡MTBR⁃tau243与p⁃tau205结合,解释了tau⁃PET成像中观察到的大部分方差｡此外,这些生物标志物对认知表现指标的预测准确性接近tau⁃PET成像本身｡相反,p⁃tau205和MTBR⁃tau243与Aβ⁃PET成像的相关性极小｡与脑脊液p⁃tau水平不同,MTBR⁃tau243水平随不溶性tau聚集体纵向增加｡CSFMTBR⁃tau243是tau聚集病理学的特异性生物标志物,反映了阿尔茨海默病中发生的tau病理学变化,并且可以作为AD患者诊断､分期､跟踪tau导向疗法开发[24]｡还发现,根据MMSE测量,在Aβ阳性参与者中,血浆MTBRtau243与认知功能呈负相关｡这些相关结果应通过长期研究,并进一步在更大的队列中得到证实｡

在脑室中合成的tau蛋白可以释放到间质液中,与脑脊液混合,最终进入静脉系统｡脑内tau蛋白聚集的起始位点之一是蓝斑,研究发现AD发病过程中,蓝斑区域的tau蛋白首先发生聚集形成病理性包涵体,是因为蓝斑部位的单胺氧化酶A(MAO⁃A)将去甲肾上腺素氧化为DOPAGEL,DOPAGEL激活了天冬酰胺内肽酶(AEP)的表达,AEP剪切tau蛋白,促进其聚集和播散,在AD疾病的早期对MAO⁃A用小分子药物进行抑制可能极大减缓tau的病理改变,为AD的药物研发提供了新的作用靶点,具有重要的启示作用[25]｡

载脂蛋白E(APOE)ɛ4等位基因与tau磷酸化和缠结形成增加有关｡tau蛋白升高的APOEɛ4携带者患AD的风险可能更高,早期临床前组(AD发病前7年和13年)的ε4携带者,p⁃tau181增加[26],LC⁃MS/MS可用于测定载脂蛋白E[11]｡

3、AD病理生理学中涉及的非特异性过程的生物标志物

3.1神经丝轻链

神经丝轻链(NfL)是一种支架蛋白,主要位于有髓轴突内,可提供更快的传导速度和结构支持[27]｡NfL水平较快增加与脑脊液神经元损伤生物标志物较快增加､萎缩和代谢减退速度较快以及整体认知恶化速度较快相关,血浆NfL可用作与AD患者神经变性相关的无创生物标志物,并有助于监测疾病缓解药物试验的效果[28]｡当它与其他生物标志物联合使用时,如NfL联合血浆Aβ42､p⁃tau181,可能有助于在中国人群临床发病前8年预测AD[29]｡在一项涉及中国参与者的研究中,在临床诊断为散发性AD前20年,揭示了AD无症状期到有症状期生物标志物的动态变化规律,发现随着认知障碍的进展,Aβ42､Aβ42与Aβ40的比率､NfL等生物标志物水平的变化最初加速,然后减慢｡这些发现,为靶向Aβ等相关病理蛋白的抗AD新药提供了时间窗指导,也为AD超早期诊断和精准干预提供了证据[30]｡

3.2胶质纤维酸性蛋白

胶质纤维酸性蛋白(Glialfibrillaryacidicprotein,GFAP)是Aβ病理学特异性的生物标志物,是淀粉样蛋白相关星形胶质细胞增生｡星形胶质细胞组成神经血管单元,可以将GFAP直接释放到血液｡血液GFAP可能相比CSF更高,并和其他CSF炎症标志物之间不存在相关性｡研究发现,家族性AD症状前个体和症状突变携带者的血浆GFAP水平,与非携带者相比较高,他们的差异在估计症状出现前约16年就很明显[31]｡较高的CSFGFAP水平与Aβ⁃PET升高相关,但与tau⁃PET负荷无关｡CSFGFAP介导Aβ对海马萎缩的影响,而海马萎缩与认知障碍相关[32]｡血浆GFAP水平会随着AD痴呆的恶化而升高,比CSFGFAP更准确地区分Aβ阳性和Aβ阴性个体,在指示AD早期阶段的Aβ病理方面,其性能显著优于CSFGFAP[33]｡

4、未被新修订标准所涵盖的表现突出的AD相关液体生物标志物类别

4.1BACE1

BACE1,也称为β-分泌酶或β-位点APP⁃裂解酶1,是一种1型跨膜天冬氨酰蛋白酶,主要在大脑神经元中表达,负责产生Aβ｡AD患者CSF中BACE1蛋白水平显着升高[34]｡外周血中BACE1与CSF的变化趋势相似,AD患者血清中与对照组相比增加了30%｡在APP/PS⁃1转基因小鼠中,视网膜中异常的BACE1表达早于行为缺陷[35,36]｡因此,BACE1可作为AD早期诊断的敏感生物标志物,然而,CSFBACE1作为临床AD生物标志物的应用受到受试者间变异性和实验室检测技术差异的限制[37]｡

4.2桥接整合子

1桥接整合子1(BIN1)是两性蛋白家族的成员,包含N端Bin⁃Amphiphyn⁃Rvs和C端Src同源3结构域｡它在人脑和小鼠中广泛表达,调节膜蛋白的内吞和细胞膜的循环,参与细胞骨架形成｡BIN1是迟发性AD的遗传危险因素,在多个全基因组关联研究中被确定｡BIN1的耗竭通过受损的内体运输增加了细胞BACE1水平,并减少了BACE1溶酶体降解,从而导致Aβ产量增加｡BIN1作为BACE1水平和Aβ产生的新型遗传调节因子在AD发病机制中的机制作用[38]｡BIN1还可直接与tau结合,并通过调节tau病理学来介导迟发性AD风险｡BIN1mAb可降低p⁃tau水平,有可能成为治疗AD的候选药物[39]｡

4.3骨髓细胞2上表达的触发受体

骨髓细胞2上表达的触发受体(TREM2)是编码在骨髓细胞2蛋白上表达的触发受体,其纯合功能丧失突变被认为与常染色体隐性遗传形式的早发性痴呆有关｡检测TREM2在人脑不同区域的表达,发现AD患者TREM2外显子2变异明显增多,相关变体rs75932628(编码R47H)显示与AD高度显著相关,TREM2杂合性罕见变异与AD风险显着增加相关[40]｡小胶质细胞在慢性炎症或被激活后,表达TREM2减少,分泌可溶性蛋白(sTREM2)到间质空间和CSF中,导致ADCSF中sTREM2的量增加｡CSF的sTREM2浓度与AD病理和认知能力下降相关[41]｡血浆sTREM2与白质高信号相关,独立于Aβ和tau病理学变化[42]｡CSF和血液中的不一致,给检测带来了技术挑战｡

4.4几丁质酶3样蛋白1

几丁质酶3样蛋白1(CHI3L1)也称为YKL⁃40,与CSFAD生物标志物谱的相关性最为一致,并且与结构(区域体积和皮质厚度)MRI变化呈负相关,但与认知能力下降无关,可以作为神经退行性疾病的通用标志物[43]｡大脑中的CHI3L1主要由星形胶质细胞提供,它预示着炎症和其他应激信号引发的反应性神经毒性状态｡外周组织中CHI3L1是多种损伤和修复事件的主要调节因子,包括类似于小胶质细胞和星形胶质细胞控制的神经炎症过程的先天免疫途径[44]｡较高的CSFYKL⁃40水平与tau⁃PET升高相关,但与Aβ⁃PET负荷无关,YKL⁃40介导tau对海马萎缩的影响,而海马萎缩与认知障碍相关[32]｡

4.5单核细胞趋化蛋白-1

单核细胞趋化蛋白-1(MCP⁃1)是一种重要的趋化因子,可介导AD的炎症｡MCP⁃1可能反映AD的风险和病程,血浆MCP⁃1水平越高,认知能力下降越快和越严重｡AD患者的血浆MCP⁃1水平较高,随着严重程度的增加,血浆MCP⁃1水平也明显提高[45]｡通过血浆Aβ42/40测量,发现MCP⁃1与认知能力下降的关联在淀粉样斑块患者中最强[46]｡

4.6反应性DNA结合蛋白43

反应性DNA结合蛋白43(TDP⁃43)在正常条件下存在于细胞核中,是一种在转录､剪接､调节以及mRNA稳定性中发挥着至关重要作用的蛋白质[47]｡用酶联免疫吸附测定方法测定血浆神经元源性外泌体中的TDP⁃43水平,证明AD患者中TDP⁃43积累增加,且与认知功能､神经精神症状或APOE基因型之间没有相关性[48]｡研究发现,认知未受损和认知正常或轻度认知障碍个体,与未进展为痴呆症者相比,7年后进展为痴呆症的人血浆中TDP⁃43水平更高｡单独使用TDP⁃43在7年随访期间预测痴呆转化的功效较低,与符合人口统计特征(即基线时的年龄､教育程度和糖尿病)参与者相结合时,预测价值显着增加[49]｡

4.7外泌体

外泌体是细胞产生的小囊泡,含有蛋白质､mRNA转录物和miRNA,外泌体可能具有减少大脑Aβ和tau蛋白过度磷酸化以及在神经细胞之间转移神经保护物质的能力[50]｡临床结果显示外泌体突触蛋白的水平,包括生长相关蛋白43､神经颗粒素､突触体相关蛋白25和突触结合蛋白1,AD患者CSF中含量较低,这些外泌体突触蛋白组合使用时,它们在认知障碍出现前5~7年表现出显着的预测AD的能力[51]｡

5、小结与展望

AD的病因十分复杂多样,即便AD生物标志物已取得了积极且颇具影响力的成果,我们仍然需要从多个角度､全方位进行深入地研究与探索,这样才能够看清AD的全貌｡

首先,有必要构建起完备的AD以及其他痴呆患病监测体系,使其发病率和患病率数据得以完善,从而针对AD及其它痴呆实施风险防控与保护措施｡同时,要对医疗提供者和患者进行教育,增进他们对于生物标志物在临床应用中的理解｡其次,需要通过更大样本量的､多年的纵向研究,对CSF和血液生物标志物进一步予以验证,并且开发出全新的低成本､可重复以及准确的生物标志物,以明确用于早期及鉴别诊断的最佳稳定生物标志物,同时确定生物标志物在AD不同阶段(涵盖诊断､预测､预后以及临床试验设计等)的最为合适的应用场景｡对生物标志物加以整合,从而以微创的方式对无症状个体进行识别｡最后,应当构建公开透明的临床试验中心,开展国内与国际试验,采用一致的诊断标准以及严格的质量控制,优化样本分析前的处理工作,保证样本处理的一致性｡对生物标志物的操作程序和检测方法进行改进与标准化,建立并验证能广泛应用于临床使用的CSF和血液生物标志物的参考区间范围,以及跨实验室和平台的方法一致性,确保结果具备准确性､稳定性､可比性､广泛适用性和可追溯性｡

参考文献:

[1]徐勇,王军,王虹峥,等.2023中国阿尔茨海默病数据与防控策略[J].阿尔茨海默病及相关病杂志,2023,6(3):175⁃192+173.

[4]尹孟凡,崔玉蓉,陈芝蕙,等.1990-2019年中国阿尔茨海默病疾病负担及危险因素[J].中华疾病控制杂志.2024,28(1):32⁃39.

基金资助:湖南省自然科学基金项目(2022JJ60080､2024JJ8092);湖南省教育厅优秀青年项目(22B1069); 芙蓉计划卫生健康高层次人才项目(湘卫函[2024]182号);湖南省芙蓉学者奖励计划青年学者(湘教通[2025]32号);

文章来源:刘蓉,徐毅,刘英飞,等.脑脊液和血液生物标志物在阿尔茨海默病早期诊断的应用[J].解剖学研究,2025,47(03):276-281.