PET评估阿尔茨海默病患者脑内Aβ沉积的研究进展

于 瑾，王 丹 综述 吴士文 审校

PET评估阿尔茨海默病患者脑内Aβ沉积的研究进展

于 瑾，王 丹 综述 吴士文 审校

阿尔茨海默病；Aβ沉积；PET脑成像

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD) 是一种与年龄相关的神经系统变性疾病，临床表现为进行性的记忆力减退及其他认知功能障碍[1]。它是痴呆中最常见的一种类型，占所有病例的50%～80%。流行病学统计显示，全球约有2400万人诊断为本病，到2050年AD患者预计将接近1亿[2]。在我国，1990年AD患者有193万，2000年增长至371万，2010年的统计数字是569万[3]。伴随着老龄化问题的凸显，我国正面临控制AD增长的巨大挑战。目前，没有有效的治疗方法可以阻止或减缓AD引起的脑内神经功能紊乱及死亡。因此，临床症状出现前的早期诊断及干预将提供给AD患者及家属最大获益。

1907年，Alois Alzheimer医师第一次在他的论文中描述了1例51岁女性AD患者，并报道了患者死后的脑组织切片病理，包括老年斑(senile plaque，SP) 和神经元纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFT)，这是 AD的早期特征性病理改变。AD的发生与两者密切相关，在大脑皮质和海马神经细胞外由β-淀粉样蛋白(amyloid β protein，Aβ) 沉积形成SP，NFT则在脑神经细胞内由 Tau 蛋白异常聚集而成。所有的AD患者大脑皮层都有Aβ沉积，在一些患者中可能要早于临床症状出现20年。而在额颞叶痴呆和纯血管性痴呆患者脑部没有发现Aβ沉积。

2014年，国际工作组(IWG)提出了更新典型AD诊断指南，将生物标志物整合进诊断进程中，包括脑脊液生物标志物测试，淀粉样蛋白PET成像或基因测试[4]。在过去的10年里，PET作为一种敏感的放射性核素影像技术，应用于检测AD患者脑部的Aβ沉积，可以达到无创性、动态性、功能性和代谢性显像的目的。未来，PET影像技术作为证实或排除AD的有效手段将广泛应用于临床，同时也为AD病理机制的研究和临床治疗提供新的发展契机。

1 Aβ 级联学说

自Alois Alzheimer医师第一次描述脑组织切片中的Aβ沉积后，1964年Terry和同事首次通过电镜观察，揭示了Aβ的β折叠结构[5]。直到1984年，Glenner和Wong[6]才发表文章将这个4 kDa的肽段序列命名为Aβ蛋白，确定其是老年斑的主要成分。但相关的精确病生理改变和分子机制仍是不清楚的。因此，产生出一些假说，其中在1991年被Hardy和Higgins[7]提出的“Aβ 级联学说”是当时较卓越的理论。Aβ是β-淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP) 的正常代谢中间产物，一般由39～43个氨基酸组成。APP是一个跨膜蛋白，广泛存在于全身组织细胞上，在脑组织中的表达最高。脑内的APP有2条代谢途径，包括非Aβ生成途径和Aβ生成途径，其中的前者是APP 代谢的主要途径。在这一主要代谢途径中，APP被α和γ-分泌酶水解，生成可溶性的多肽片段。在另一条代谢途径，即Aβ生成途径中，APP 在β和γ-分泌酶作用下，产生Aβ40和 Aβ42，引起一系列Aβ单体和寡聚体的聚集，最终形成斑块样的沉积[8]。正常情况下两者的生成和分解处于动态平衡，以生成 Aβ40 为主。然而在AD 患者脑内，Aβ42 升高，其为不溶性的，相比 Aβ40 更易导致淀粉样物质的生成。研究表明，凝集态的Aβ和寡聚态Aβ42都具有神经毒性。然而，也有其他假说指出可溶性的 Aβ多肽，即可溶性的寡聚体或纤维原，而不是成熟的Aβ斑块，具有神经细胞毒性[9,10]。

2 PET示踪剂

PET脑成像依据同位素示踪原理，以三维成像的形式，反映活体组织、细胞在分子水平的生理情况和病理变化，具有灵敏度高，特异性强的特点。通常使用的示踪剂是标记有放射性核素的特异性靶向分子探针。PET可在活体脑内提供Aβ沉积地图，预告健康人群发展为MCI/AD，或MCI患者发展为AD。

2.1 放射性核素 现阶段应用于AD临床研究的放射性核素主要有11C和18F。11C标记的半衰期短，仅有20 min，在临床应用上受到限制。为了克服这一局限性，实验人员陆续研发了多种18F标记的分子探针，其半衰期为110 min。现主要有三种18F标记的分子探针应用于临床，是florbetaben([18F]BAY94-9172 )，florbetapir([18F]AV45 )和 flutemetamol([18F]GE067)。2016年，一篇Meta分析对1990—2014年发表的相关文献进行系统回顾，发现上述3种β淀粉样蛋白放射性示踪剂的诊断灵敏度和特异性没有统计学差异，对于鉴别AD患者和健康对照时表现更好[11]。所有亚组的敏感性结果范围为89%～97%，而特异性数值范围更广，为63%～93%[11]。

然而，目前关于18F标记的探针的研究数据显示，其高水平非特异性地与脑白质黏附，这一点限制了PET影像的敏感性，尤其在AD患者早期淀粉样斑块水平可能低的情况下。对于AD患者，18F标记探针的平均皮质黏附是相似或少于白质，而11C标记的探针皮质的摄取量高于白质30%。近期有关18F标记探针的后期临床试验，研究者利用健康受试者具有的较高白质非特异摄取，给出一个与众不同的白质模式图形。是否可通过影像剔除技术，进一步提高PET影像的敏感性，将给下一步研究带来新的希望。

2.2 特异性靶向分子探针 目前，应用于AD患者的PET研究的Aβ影像分子探针有：硫黄素T的派生物 [11C]PIB，[11C]AZD2184，[18F]GE067，[18F]BF227和[11C]AZD4694 ；二苯基乙烯的派生物[11C]SB13，[18F]BAY94-9172和[18F]AV45；DDNP 的派生物[18F]FDDNP；植物色素的派生物，如姜黄素和黄酮类，以及其他的化学型。

2.2.1 刚果红和DDNP染料的派生物 刚果红类(CR) 和硫黄素T类(ThT)是尸检脑组织Aβ斑块的经典染料。刚果红是第一个被报道的在组织切片中可以黏附淀粉样物质的小分子，因此被首先应用于放射性显像的Aβ探针。虽经过一系列化学结构的改变，最终因难于透过血脑屏障而受限。

FDDNP是一种非甾类抗炎药物甲氧萘普酸的类似物，同布洛芬化学结构相似，与Aβ斑块结合时竞争位点不同于刚果红和硫磺素[12]。FDDNP的脂溶性高，能快速通过血脑屏障，染色AD患者脑内的SP和NFT。18F-FDDNP 是第一个成功用于AD患者活体大脑的神经病理沉积PET影像探针[13]。在AD患者脑内病变严重区域滞留的时间显著高于正常对照组，滞留时间最长的区域是海马，在颞叶、顶叶、枕叶和额叶的滞留时间也较脑桥高出10%～15%。虽然有较高的脑摄取，但清除较慢，不利于早期AD的诊断和疗效监测。

2.2.2 TH-T染料的派生物 硫黄素T不仅能标记Aβ，而且能透过血脑屏障。匹兹堡大学的 Mathis和Klunk通过对硫黄素T进行改构修饰，发展了第一个特异性的Aβ PET分子探针[14,15]。2002年，用11C标记后，通过与瑞典大学合作首次开始人体临床试验，并将这种化合物命名为11C-PiB 。2004年发表相关文章后，被全世界广泛应用[16]。PIB与不溶的纤维Aβ斑块有高的黏附性，但是不能黏附不成形的Aβ斑块和神经纤维缠绕。定量和定性分析11C-PiB 的敏感度分别为95%和 90%[17]。同时其具有较好的颅内清除率，迄今尚无文献报道其具有相关毒性[18]。

AD患者脑内黏附11C-PiB最高的区域是额叶皮层、扣带回、楔前叶、纹状体、顶叶皮层和外侧颞叶，与之相比，枕叶皮质、感觉运动皮质、中央颞叶通常很少影响。脑内区域11C-PiB的摄取表示Aβ斑块的密度，正如尸检病理和脑组织的免疫组化定量测量，在额叶皮层比海马有较高密度的斑块。对于一些患者，Aβ斑块沉积早于临床症状至少20年。有关11C-PiB的纵向研究证实Aβ斑块在脑内的沉积是缓慢的。对于扫描阳性的认知正常人群，平均每年增长2%～3%，与MCI患者类似，但发展为AD后处于停滞期[19,20]。这似乎可以用来解释依靠11C-PiB评估的Aβ负担与记忆力损害的测量是不一致的，但对于MCI患者和健康老年受试者，Aβ负担与记忆力损害和下降率是一致的[21,22]。

一项超过3～5年的随访研究指出，50%～60%的MCI患者11C-PiB扫描阳性，符合预期进展为AD的百分比。不像AD患者，MCI患者在11C-PiB黏附和记忆损害水平之间有相关性。随访研究发现70%的11C-PiB阳性MCI患者将在3年以上发展为AD[23]。少于10%的11C-PiB阴性MCI患者发展为临床诊断的AD，然而20%的11C-PiB阴性MCI患者发展为其他类型的痴呆，例如路易体痴呆或额颞叶痴呆[19]。

然而，一些健康老年人群也显示较高的PiB黏附，典型的结果是一个PiB摄取的双峰分布。皮层PiB黏附的增长频率对于低于70岁的老年人是≤10%，在80岁的老年人是30%～40%，与尸检研究结果大致相似[24]。

由于11C的半衰期短，合成复杂，设备要求高，推广应用受限，改用18F标记PIB, 即[18F]GE-067是最接近11C-PiB的类似物。英国研究人员进行的一项Ⅲ期临床试验，通过对比106名临终受试者PET成像与尸检组织病理学报告证实，[18F]flutemetamol，即[18F]GE-067 PET的敏感性和特异性分别为91%和90%[25]。2017年，一项关于[18F] flutemetamol 的日本临床试验结果显示，受试者具有良好的耐受性，检查效果和安全性与西方人群报道结果一致，不存在种族差异[26]。

2.2.3 二苯基乙烯的派生物 最初的二苯基乙烯派生物是[11C]SB-13，因11C的半衰期短而受限。改用18F标记，并经过化学式的改构，产物之一即18F-AV-45。2012-04-10，美国FDA宣布批准其用于成人AD或其他痴呆类型患者的大脑PET成像。最初关于18F-AV-45的研究显示与11C-PIB强相关性，并提供类似的标准以区分Aβ阳性或阴性的人群[27]。另一个区分MCI与正常对照组的研究也显示出18F-AV-45与11C-PIB的强相关性[28]。因此，11C-PIB的临床研究数据可以应用于18F-AV-45的相关研究。

在一项59例患者的临床研究中，与组织病理学研究对照，应用18F-AV-45检测Aβ斑块的敏感性高达90 %以上[29]。研究人员目测定量评估46名受试者的18F-AV-45 PET 影像，通过2个临床应用的摄取标准在敏感区域与参考区域(小脑)对比，表现出高敏感性和特异性[30]。2012年的一项临床研究表明，与认知正常的人群相比，70%的18F-AV-45阳性受试者平均在4年以后进展为MCI或AD，而阴性受试者仅有6%的进展[31]。这个结果可以建议18F-AV-45阳性受试者通过改变生活方式以阻止或减慢AD进展。

3 展 望

由于在临床症状出现之前，就可以观察到Aβ沉积，提示淀粉样蛋白PET可应用于AD的早期诊断。AD患者在Aβ沉积阶段进行干预对于延缓疾病进展最为有效。但目前用于临床的18F标记的特异性分子探针与大脑白质的非特异结合，使得此技术作为早期诊断和鉴别诊断的意义在于阴性排除作用，即阴性的受检者基本不可能患AD。PET影像检测费用昂贵，需要大幅降低其费用，在大样本基础上，对影像学标志物方法学进行系统验证。同时为了使淀粉样蛋白PET技术广泛应用于临床，需要所有的阅片者获得较高水平的技术培训，以提高一致性及精确性。此外，多种分子探针在PET影像检测方面各有优势和不足，进一步使用多种技术或多种标志物联合诊断和分析，有望能达到更好的效果。

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(2017-12-01收稿 2018-01-23修回)

于 瑾，博士，主治医师。

100039 北京，武警总医院神经内科

吴士文，E-mail:wu_shiwen@yahao.com

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