阿尔茨海默病体液生物标记研究进展

杨联勇 沈金娥 余发春

云南省精神病医院，云南省昆明市 650224

目前对于阿尔茨海默病(AD)的诊断主要基于临床表现，最新的诊断标准由美国国立老化研究所和阿尔茨海默病协会(NINCDS-ADRDA)于2011年进行更新，主要针对的是AD痴呆阶段和MCI期的诊断。这个阶段患者已经出现明显的临床症状。而在AD出现临床症状以前多年，就已经出现病理学变化，这个时期称为临床症状前期AD或者是痴呆前阶段AD。对于临床症状前期AD的诊断需要寻找AD相关的生物标记。理想的AD体液生物标记检测应该是可靠、可重复、非侵入性、检测简便以及价格低廉的，同时还能够在大规模人群中开展，例如在临床实验和基层医疗机构中进行。本篇综述首先总结了已经广泛获得认同的三种AD脑脊液核心生物标记，继而讨论了部分研究获得一致意见的相关新型体液生物标记。由于已经公布的血液生物标记研究数量有限，本文中大部分检测的体液生物标记是脑脊液中的生物标记，少部分同时包括血液中的生物标记。

1 AD病理变化的核心体液生物标记

1.1 Aβ Aβ是淀粉样前体蛋白(APP)被β位淀粉样蛋白裂解酶1(BACE1)和γ分泌酶裂解后的产物。由于γ分泌酶裂解APP跨膜区域位置不是很精确，导致生成的Aβ肽链长度不一，根据Aβ肽链氨基酸的数量，主要分为Aβ38、Aβ40、Aβ42、Aβ43等。某些Aβ种类的变化与AD相关，下面主要讨论Aβ42与Aβ40。随着AD病程的发展，Aβ种类的相关变化情况尚未明确。

Aβ42是42个氨基酸长度的Aβ，只占脑脊液和血浆Aβ中的一小部分，但是在AD患者大脑中，Aβ42是老年斑的主要Aβ成分。Motter等首次报道AD患者脑脊液Aβ42水平降低。接着多项研究一致发现，脑脊液Aβ42水平和尸体解剖中老年斑数量呈负相关，也和体内PET淀粉样成像呈负相关。

脑脊液Aβ42，联合t-tau和p-tau，作为支撑AD诊断的核心生物标记，已经得到广泛接受。有研究表明，这些生物标记也可以运用于认知功能正常人群和轻度认知障碍(MCI)患者，可以对疾病发展进行预后估计。脑脊液Aβ42也能用于AD与额颞叶痴呆的鉴别诊断，但是和其他的非AD痴呆有明显的重叠。

研究人员在开发新的技术，用于检测血液中的Aβ42。最近的研究采用超灵敏度的检测方法，以及全自动的免疫检测技术，结果证实血浆中的Aβ有可能作为疾病筛查生物标记。研究表明，血浆中的Aβ42和Aβ42/Aβ40的比值，与其在脑脊液中的水平，以及Aβ的PET成像之间有关联[1]。如果正常的人群出现认知功能减退，血浆Aβ42/Aβ40比值可以预测患者进展为MCI或痴呆的风险程度。

Aβ40是大脑组织、脑脊液和血浆中的主要的Aβ类型，但是似乎不同于Aβ42对AD的致病作用。有研究报道Aβ40具有保护作用，可以对抗Aβ斑块的形成。虽然脑脊液Aβ40在AD相关研究中尚未取得一致结论，但是脑脊液Aβ42/Aβ40的比值显示出可以很好地预测Aβ淀粉样成像阳性，要高于单独的Aβ42。在区分AD和非AD痴呆患者中，Aβ42/Aβ40的比值也似乎比单独的Aβ42更好[2]。

1.2 β位淀粉样前体蛋白裂解酶1(BACE1) 有研究报道MCI患者脑脊液BACE1活性和蛋白水平，比AD患者或者对照组升高。AD患者也比对照组升高。此外，在AD 和MCI患者中，APOEε4等位基因携带者脑脊液BACE1活性升高。MCI进展为AD的患者，比稳定的MCI患者脑脊液BACE1活性升高。也有研究检测血浆BACE1，结果发现AD患者和对照组之间有差异性。此外，在MCI进展为AD的患者，相比稳定的MCI或者AD患者，BACE1活性升高[3]。

1.3 Tau蛋白 脑脊液总tau蛋白(t-tau)和磷酸化tau蛋白(p-tau)也被认为是支持AD诊断的核心标记物。AD和对照组之间的脑脊液t-tau和p-tau水平有显著性差异。尤其是在其他类型痴呆中脑脊液p-tau的水平都是正常，因此p-tau可以作为AD与其他类型痴呆的鉴别诊断标记。当同时检测脑脊液tau蛋白和Aβ42水平时，可以明显提高对AD的诊断效能。研究发现，脑脊液t-tau/Aβ42和p-tau/Aβ42的比值，比任何一种单独的指标，更能辨别出Aβ阳性PET成像患者。在另一项研究中，通过尸体解剖确诊的AD患者和对照组，脑脊液t-tau/Aβ40和p-tau/Aβ42是区分两组患者的最好指标。联合使用tau蛋白和Aβ标记物还可以预测AD的进展。研究发现，脑脊液t-tau/Aβ42和p-tau/Aβ42可以预测认知正常的人出现认知功能减退，也可以预测MCI患者进展为AD。

2 血管调节障碍

脑血管疾病和AD共患的情况比其他神经退行性疾病更为常见。很久以前就有人提出血管调节异常是AD的主要影响因素。血管调节异常对AD产生影响的时间点一直有争论，最近的研究发现血管调节异常比Aβ病变出现更早。国外学者提出，对于晚发型AD，血管调节异常是最早出现和最重要的病理学变化，接着才是Aβ沉积，神经元糖代谢障碍，细胞功能受损，大脑灰质萎缩。

心型脂肪酸结合蛋白(hFABP)是一种心血管系统相关的体液生物标记，已经长期用于心肌梗死。目前有研究提出将之作为AD的生物标记。研究显示hFABP和脑脊液Aβ42水平相关，但是与认知功能障碍无相关性[4]。研究发现脑脊液hFABP和AD有中等程度的相关性。脑脊液hFABP显示出可以预测MCI进展为AD的风险。

3 炎症反应和神经胶质细胞活化

3.1 髓系细胞触发受体2(TREM2) 炎症反应也被认为是AD发病机理的一个环节。Aβ斑块和神经纤维缠结(NFT)在大脑中诱发免疫反应，促进神经胶质细胞活化。TREM2是一种炎症反应和神经胶质细胞活化的体液生物标记。TREM2在多种髓系细胞上表达，包括中枢神经系统中的神经胶质细胞，具有多种生理学功能，包括调节髓系细胞数量、吞噬作用、炎症反应。TREM2在AD大脑中上调，通过吞噬作用清除Aβ，在疾病早期阶段具有保护作用。但是由于同时激活了炎症反应，在疾病的后期具有致病作用。

脑脊液中可以检测出可溶性的TREM2(sTREM2)，具有作为AD生物标记的潜力。其中一项研究发现，AD常染色体显性遗传变异的携带者，在出现临床症状5年以前脑脊液中的sTREM2水平升高。一些研究发现，AD和MCI组患者比对照组脑脊液sTREM2水平轻度升高，AD所致MCI组也比其他AD组(临床前期AD组或者是AD痴呆组)升高[5]。

3.2 甲壳质酶蛋白40(YKL-40) YKL-40在多种炎症环境和癌症时上调，可能具有促炎症反应和血管生成的作用。在AD患者上，YKL-40在临近Aβ斑块的星形胶质细胞上表达，并和tau病变呈正相关，表明YKL-40在AD炎症反应和其他的tau病变中起作用[6]。有研究显示AD患者脑脊液YKL-40水平比对照组升高，较晚的临床前期AD也比早期的临床前期AD患者YKL-40升高。也有研究采用血浆中的YKL-40作为AD生物标记进行检测，结果显示轻度AD患者和早期AD患者比对照组升高。但是，血浆中的YKL-40无法证实可以预测认知功能减退。总之，目前的证据支持将脑脊液YKL-40作为AD患者神经元炎症反应或是星形胶质细胞增生的生物标记。

3.3 γ干扰素诱导蛋白10(IP-10) 还有其他的炎症反应标记，如IP-10由多种细胞分泌，在炎症反应和血管生成中起作用，有研究报道在MCI和轻度AD患者脑脊液中升高，但是在重度AD患者中则没有升高。最近的一项研究报道，在无症状老年人群中，脑脊液IP-10水平升高和脑脊液t-tau以及p-tau升高相关[7]。

还有很多其他的炎症标记作为AD生物标记进行过研究，但是结果尚未取得一致。包括IL-6、TNF-α、IL-1β、TGF-β、IL-12和IL-18等。这些研究结果得出的一个共同点，就是强调了AD伴随着炎症反应的事实。

4 突触功能障碍

突触功能障碍和突触丢失是AD病理学早期的变化。在MCI和早期AD患者上，尸体解剖发现突触丢失的水平和患者生前认知功能相关。AD患者突触丢失的病理变化不仅是出现在老年斑附近，也可以出现在整个神经纤维网上。更重要的是，在AD患者相同大脑皮质区域，突触丢失程度比神经元丢失更严重。突触功能障碍的体液标记主要包括神经颗粒素(Neurogranin)、突触相关蛋白-25(SNAP-25)和突触结合蛋白(synaptotagmin)。

4.1 神经颗粒素 神经颗粒素主要在树突脊上表达，通过调节钙离子结合蛋白——钙调蛋白，在突触后信号传递过程中起作用。动物模型和基因研究发现，神经颗粒素和认知功能以及突触可塑性有关。尤其是脑脊液神经颗粒素已经被认为是突触变性的标记[8]，和其他的突触蛋白一起，有望成为AD的新型生物标记。AD患者和MCI患者脑脊液神经颗粒素水平比对照组和非AD痴呆患者高[8]。多项研究发现脑脊液神经颗粒素可以预测疾病的进展，包括认知功能正常的对照组将来出现认知功能受损的风险。此外在Aβ病变的患者上，脑脊液神经颗粒素水平与大脑萎缩相关。

4.2 SNAP-25和突触结合蛋白 神经递质通过突触囊泡的胞外分泌释放，过程很复杂，需要多种蛋白介导，其中就包括由SNAP-25组成的SNARE蛋白复合物和突触结合蛋白。尸体解剖研究发现，AD大脑中多种突触蛋白水平改变，包括SNAP-25和突触结合蛋白。研究发现，AD或者是MCI患者脑脊液SNAP-25和突触结合蛋白水平比对照组升高。国外一项队列研究发现，AD患者和Aβ阳性的MCI患者基线脑脊液SNAP-25水平，比认知功能正常组和Aβ阴性MCI患者组高。在平均追踪随访4年时间里，AD组SNAP-25水平纵向降低，其他组则没有显著性的纵向变化[9]。

5 α突触核蛋白(α-Synuclein)病理学变化

α突触核蛋白在神经元蛋白中含量较多，主要位于突触间隙前端，参与囊泡融合和神经递质释放过程。α突触核蛋白聚集成为路易体的主要成分。α突触核蛋白病变主要包括帕金森病、帕金森病性痴呆、路易体痴呆以及多系统萎缩。尽管如此，半数的散发性AD患者大脑上，除了AD病理学变化外，还伴随有α突触核蛋白聚集，几乎所有的早老素-1突变的家族性AD患者伴随有α突触核蛋白聚集。虽然脑脊液α突触核蛋白作为帕金森病的生物标记已经进行过研究，但是MCI和AD患者脑脊液的α突触核蛋白水平也比对照组升高[10]。研究发现AD患者脑脊液α突触核蛋白与脑脊液t-tau有强相关性，与p-tau有弱相关性。

6 脱氧核糖核酸结合蛋白43(TDP-43)病理学变化

TDP-43可以结合DNA和RNA ，参与基因转录和剪切。在病理条件下，TDP-43在细胞质中聚集，并被高度磷酸化或是泛素化，形成细胞质中的包涵物，在20%～50%的AD患者上也可以检测到这种TDP-43病理学变化，而且和更明显的脑萎缩、记忆力丧失以及认知功能受损相关。研究显示TDP-43病理学变化能够被Aβ诱发，而且TDP-43对神经元炎症反应也有作用，也可能在线粒体和神经元功能障碍中起作用[11]。有一项研究报道，大部分AD患者血浆中的TDP-43比对照组升高。另外一项小规模研究发现血浆TDP-43升高的MCI前期患者，后来进展为AD痴呆。

7 铁毒性

铁对于大脑的正常功能有重要作用，但是如果铁过量也会导致神经退行性变。研究发现AD患者大脑铁升高，MCI患者大脑铁也升高。铁是具有氧化还原性质的活性金属，体外研究已经发现铁可以结合Aβ，并导致Aβ沉积，同时释放过氧化氢。细胞内的铁可以影响APP的代谢，并可以结合过磷酸化的tau蛋白，并诱导蛋白聚集。

铁蛋白是体内主要的细胞内铁储存蛋白，在大脑铁平衡中有重要作用。AD大脑组织的铁蛋白升高[12]。脑脊液铁蛋白水平升高和认知功能减退相关，并能预测MCI进展为AD。

8 其他的神经元蛋白质

8.1 视锥蛋白样蛋白-1(VILIP-1) VILIP-1是一种神经元钙传感蛋白，参与突触可塑性相关的信号传递。研究发现这种蛋白和AD有关联，并且和脑脊液t-tau和p-tau相关，这些证据支持将VILIP-1作为神经退行性疾病的标记。多项研究发现，AD患者脑脊液VILIP-1水平比对照组升高[13]。有一项研究发现AD组患者在平均随访4年的时间里，脑脊液VILIP-1水平呈纵向降低，其他组患者则无显著纵向变化。

8.2 神经纤维细丝蛋白(NF) NF是神经元表达的一种神经中间丝蛋白，大量存在于轴突中。NF对于轴突形成放射状生长至关重要，并可以成为神经元的支撑结构，传导电脉冲信号。最近的研究发现NF对于维持正常突触功能也非常重要。NF异常聚集和结构改变在很多神经退行性疾病中出现，包括AD和帕金森病。脑脊液NF-L亚单位在多种神经退行性疾病中升高，可以作为轴突损伤的标记。研究发现AD患者和MCI患者脑脊液NF-L水平比对照组升高，并且和MCI和痴呆患者生存期缩短相关[14]。最近也有研究报道血液中的NF-L作为多种神经退行性疾病的生物标记，其中包括AD。有研究显示AD患者血浆或是血清NF-L水平比对照组升高。此外，血浆NF-L似乎与认知功能降低和大脑萎缩相关[15]。综合上述研究，提示脑脊液和血浆NF-L都有望成为AD和其他神经退行性疾病的生物标记，可以作为轴突损伤的非特异性标记并用于预后估计。

9 总结

AD治疗的关键在于早期诊断、早期干预治疗。AD相关基因突变所致的家族性AD只占了AD总病例数的极小部分，绝大部分的散发性AD目前仍缺乏有效的诊断生物标记。目前国外在AD新药临床实验中使用AD相关的核心生物标记Aβ42、Aβ40、p-tau和t-tau作为实验招募受试者的标准，有望在临床实验中取得一定进展。同时，在基层医疗单位中，仍迫切需要开发出新的诊断指标，侵入性低、可重复、可信度高的检测方法，比如血液中的AD生物标记，对于早期筛查AD高危人群有重要意义。联合使用这些核心生物标记，有望提高AD的诊断效能。