阿尔茨海默病的生物标志物研究进展

胡轶虹， 白春艳， 周 艳综述， 孙宏侠审校



阿尔茨海默病的生物标志物研究进展

胡轶虹， 白春艳， 周 艳综述， 孙宏侠审校

阿尔茨海默病(AD)是老年痴呆的最常见的类型，老年人在出现症状后3～9 y内可导致死亡[1]。世界上超过350万人患有AD，在超过85岁的老年人诊断AD的比例超过1/3[2]。在AD中检测出许多分子病变：由有毒amyloid β(Aβ)聚集形成的细胞外淀粉样斑块和由过磷酸化tau蛋白形成的细胞内的神经元纤维缠结是典型的AD病变。

AD通常根据发病时间分为两型[3]。早发性AD：在65岁前发病，是一种非常少见的(<1%)，常染色体显性家族性疾病，是由APP及早老素基因突变引起，与γ-分泌酶复合物对Aβ的作用有关。晚发性AD：绝大多数的AD患者都是此类型，发病年龄晚(>65岁)，呈散发和不均匀性，由年老、遗传和环境危险因素等引发。虽然晚发性AD病因是未知的，Aβ的清除下降可能是疾病发展的主要因素[4]。许多家族研究及遗传学分析显示载脂蛋白E(APOE)基因的ε4等位基因是晚发AD的主要危险因素[5]。

AD诊断学标志物的许多研究显示：循环生物标志物包括Aβ肽(Aβ40和Aβ42)和tau / 磷酸化-tau可用于AD的诊断，APOE基因的多态等位基因的基因型分析也用作晚发性AD的预测性标志物。尽管关于AD的诊断标志物研究处于不断进展中，在各个研究中存在大的可变性和不一致性，拖延了各种AD标志物作为诊断工具在临床中使用[6]。另外，几个研究表明，循环小分子核糖核酸(miRNAs)在AD患者的血清及脑脊液中有特异性的变化，提示miRNAs可用于AD的诊断，单独或与其他AD生物标志物联合使用[7]。本文将就AD相关的几种生物学标志物作一综述。

1 APP

Aβ斑，由细胞外Aβ蛋白在脑中沉积及聚集而成，是AD的主要神经病理标志物。Aβ第一次于1984年由Glenner和Wong[8]从脑血管淀粉样变和AD相关的淀粉样蛋白斑块的纤维中分离出来。APP由两个独立的蛋白水解途径裂解。非淀粉样蛋白途径是由α-分泌酶控制，α-分泌酶裂解APP并释放出APP的细胞外氨基端，形成分泌的淀粉样前体蛋白-α(sAPPα)。其后，一个83残基的C-端片段(C83)被γ-分泌酶消化，释放细胞外p3和淀粉样蛋白胞内区域(AICD)。淀粉样途径结合了β-和γ-分泌酶的顺序动作，在细胞内位置如内质网或高尔基体形成了Aβ肽。β-分泌酶，也称为β-位点淀粉样前体蛋白裂解酶-1(BACE-1)，裂解APP，生成N-端sAPPβ和C-端C99肽。C99肽由γ-分泌酶裂解，形成Aβ，Aβ可错误折叠形成细胞外纤维，是AD脑中淀粉样斑的主要成分。在人类Aβ的主要形式包括40个氨基酸(Aβ40)，但是Aβ的长的形式(Aβ42)，在C-端另外增加了两个氨基酸，被发现与AD有关。

Goate等[9]于1991年首先报告了在AD家族中APP的错义突变的分离，其后又报告了两个突变，包括单一氨基酸在跨膜区及密码子717的替换。如今，超过30种APP错义突变已经得到证实，大约有25种是致病的，在多数病例中导致常染色体显性遗传，早发性AD[10]。尽管APP基因突变通常是常染色体显性，A673V突变导致AD却是常染色体隐性的方式[11]。

2 早老素和γ-分泌酶复合物

Schellenberg等[12]于1992年发现的第一个遗传连锁的家族AD，位于14号染色体上。随后，其他团队通过遗传连锁的研究揭示染色体14 q24.3的图谱位点(AD3)与AD进展型有极高的敏感性。他们分离出一个最小的共分离区域，包含AD3基因和一个新基因(S182)的转录，这个新基因的产物被认为包含多个跨膜域，就像一个完整的膜蛋白。这种蛋白质包含5个不同错义突变保守域，和早发性家族性AD高度相关。这个蛋白质被命名为早老素1(PSEN1)，应用一个克隆定位方法证实PSEN1位于14 q24.3，PSEN2位于1 q31-q42。PSEN1是γ-分泌酶与呆蛋白、前咽缺陷1(Aph-1)和早老素增强子2(PEN-2)复合物的一个主要组成部分。PSEN1是一个多面体膜蛋白，它构成了γ-分泌酶复合物的催化核心。已经报道的PSEN1突变超过180种，大多数是错义突变引起氨基酸替换。PSEN1突变是早发性AD最常见的病因，占18%～50%的常染色体显性遗传早发性AD。PSEN1突变能引起伴有完全外显率的非常严重形式的AD，发生在58岁左右，而不完全外显率也曾经报道过。许多研究已经证实不同种族有不同的PSEN-1突变型。在一个不相关的加勒比裔家庭中报告了一个导致早发性AD的PSEN-1基础突变[13]，表明A431E突变在墨西哥家庭导致早发性AD。回顾性队列研究449例受试者[14]，他们是PSEN1 E280A携带者，已经完成临床随访，显示出AD痴呆不同阶段的临床进展。研究显示在35岁、38岁、44岁、49岁、59岁可以分别识别出无症状前-轻度认知障碍(pre-MCI)，有症状pre-MCI、MCI、痴呆、或者死亡。

早老素2(PSEN2)的识别是由于其与PSEN1高序列同源性，它的位置在连锁分析定义的候选区域内。PSEN2基因错义突变导致早发性AD非常罕见，发病的年龄相比PSEN1要晚。PSEN2突变患者的发病年龄变化很大，外显率在感染的家庭成员间也比PSEN1低。PSEN2在早发性AD的作用仍然是未知的，但最近的一项研究显示突变PSEN2通过氧生物活化的细胞外信号调节激酶增加β-分泌酶活性[15]。

3 载脂蛋白E(APOE)

载脂蛋白E(APOE)是一种大脑中的神经元通过载脂蛋白e受体转运胆固醇的主要交通工具[16]。APOE也绑定到疏水性Aβ肽，这被认为是导致AD开始的不良事件，导致突触功能障碍和神经退行性变。APOE基因外显子4的单核苷酸多态性，导致一种氨基酸从半胱氨酸到精氨酸或从精氨酸到半胱氨酸之间相互转换，包括3个等位基因，E2、E3和E4[17]。携带E4等位基因的人群比携带更多常见E3等位基因的人群发生AD的风险高，而E2基因减少发生AD的风险。APOE亚型有区别地调节脑中Aβ聚合及清除。每个同种型的APOE蛋白质结构得到确认，表明结构可以确定APOE同分异构体在AD中的功能。APOE亚型也通过在大脑调节脂质运输、葡萄糖代谢、神经信号、神经炎症、线粒体功能等与AD相关。最近的一项荟萃分析研究确定的APOE E4等位基因与散发性晚发性AD相关，提示APOE E4等位基因会增加散发性晚发性AD风险，确定ε4等位基因为一个有用的工具来监控痴呆患者和规划医疗保健政策。因此，许多公司已经开发出APOE基因分型试剂盒作AD预测诊断，而且这些试剂盒在不同的种族已经进行了评估[18]。

4 Tau蛋白

Tau蛋白是微管稳定蛋白，其在中枢神经系统(CNS) 的神经元中含量丰富，但在CNS星形胶质细胞和少突胶质细胞中也有非常低水平的表达[19]。分离的磷酸化tau使纤维沉积，成为AD的一个关键的病理特征。Tau蛋白异常过磷酸化和聚集而形成的神经元纤维缠结的数量被认为是AD严重程度的病理学标志。过度磷酸化的tau蛋白是不溶性的，与微管缺乏亲和力，自身结合成螺旋样结构。异常tau分子的聚集具有细胞毒性[20]，损害认知功能。

已经报告的染色体tau蛋白突变达30种[21]，17种被证实与额颞叶痴呆、帕金森病相关。而且，tau蛋白突变也被证实与AD相关。同时，在CSF中磷酸化的和总的tau水平升高与认知功能量表评分降低相关。CSF中高浓度的磷酸化-tau氨基酸(T181、T231)和总tau水平，形成了具有良好的精度的生物标志物，能够预测AD早期轻度认知损害[22]。一些报告显示Aβ与tau聚集有关。给突变tau转基因老鼠的大脑注射Aβ42，在细胞中造成了5倍数量的神经原纤维缠结[23]。此外，Aβ-诱导的培养神经元的变性需要内源性tau的存在。据报道Tau与氧化应激增加，内质网的蛋白质折叠功能受损和蛋白酶体及自噬体介导的损伤蛋白清除不足有关。

5 AD7C-NTP

AD相关神经丝蛋白(AD7C-NTP)是一种相对分子质量为41000的跨膜磷蛋白，在神经元胞体中表达，AD患者脑内选择性升高，其功能与神经炎的发生及细胞死亡有关[24]。体外研究表明AD7C-NTP基因在转染的人类神经细胞中过度表达，导致其凋亡，同时伴有突触的异常增生[25]，表明其与神经变性病的发生和突触丢失有关。研究表明，增高的AD7C-NTP可从早期的AD患者脑脊液及尿样本中检测到，而且脑脊液及尿液中AD7C-NTP 水平与痴呆的严重程度相关[26]。国内贾建平团队[27]研制出了尿神经丝蛋白(AD7C-NTP)检测试剂盒，已获国家发明专利授权、国家医疗器械注册证和临床应用批件，并已投入临床使用。但尿液检测如何避免污染及其他干扰因素，仍是需要解决的问题。

6 miRNAs

小分子核糖核酸(miRNAs)是一族短的、单股的21-22核苷酸长度的非编码RNAs，构成人类所有基因的1%。在过去的几年中，miRNAs表达调节异常与AD相关的文献不断涌现。在AD患者组织样本及细胞培养中，miRNAs模式的转变已经进行了深入的研究，而在AD循环中的miRNAs的研究信息很少。第一个关于miRNAs作为AD可能生物标志物的研究发表于2007年[28]，Schipper和他的团队通过微阵列分析首次在AD外周血单核细胞发现miRNA表达增加。一个近期的血细胞研究通过新一代测序[29]，发现了12-miRNA信号，可显著区分AD及对照组，准确率为93%、特异性95%、敏感性92%。在血浆和脑脊液中也进行了miRNA谱的研究。Kumar和他的团队报告[30]，通过Nanostring技术，在血浆中发现和确认了一个独一无二的循环的7-miRNA信息，可显著区分AD患者及对照组，准确率为95%，而在脑脊液中通过qRT-PCR获得的miRNA谱实验证实在AD患者中has-miR-27a-3p表达减少[31]。Cogswell等[32]在脑脊液中通过qRT-PCR进行了miRNA分析，证实了一系列miRNAs，所谓的AD特异性miRNAs，脑脊液表达谱相似于AD患者脑的表达谱。

除了谱研究，许多研究致力于选择特异miRNAs，作为可能的生物标志物的候选。例如Lukiw和他的同事们选择分析相关炎症信号的miRNA，发现阿尔茨海默病CSF和死后从尸检的间脑组织提取的细胞外液中miR-146 a和miR-155丰富[33，34]。在CSF的另一项研究中，在AD患者中let-7b水平升高，let-7b是一个miRNA，能激活toll样受体7，引起神经退化[35]。其他关于血浆miRNA分析的工作，发现循环的miR-15a水平与淀粉样斑水平相关，对AD的病理学诊断很重要[36]，而miR-29a/b、miR-181c、miR-9 在血浆中下调[37]。此外，研究发现丝氨酸十六烷酰转移酶(SPT)通过miR-137、miR-181c、miR-9和miR-29a/b的翻译后调节，直接调节Aβ水平，提示SPT及相应的miRNAs为AD的潜在的治疗靶点[38]。

AD是最常见的神经退行性疾病和引起老年痴呆的主要原因。早期诊断和治疗AD是一个主要公共卫生问题。虽然在理解AD的遗传和分子基础方面取得了一些进步，诊断AD仍然困难，常常需要死后尸检的确认。AD的三大遗传标记，包括APP、PSEN1、PSEN2，已知与Aβ42生成增加有关，最终发生神经细胞死亡和痴呆。APOE已经被公认是晚发性AD的主要遗传标记，但诊断晚发性AD仍是困难的，因为其复杂的模式。磷酸化tau蛋白聚集也被认为是诊断AD的标志物，但增加的tau或磷酸化tau对AD的具体致病机制仍然是模糊的。尿液AD7C-NTP检测是一简便、经济的检测方法，但避免污染及其他干扰因素，进一步提高检测敏感度是关键。近年来，对AD-特异循环miRNAs作为诊断生物标记物的研究，表明循环miRNAs是下一代有前途的AD生物标志物，最终可能用于神经变性疾病的鉴别。未来在这一领域的研究有望帮助早期诊断AD。

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1003-2754(2016)01-0090-03

R749.1+6

2015-11-14；

2015-12-28

(吉林省人民医院神经内科，吉林 长春 130021)

孙宏侠，E-mail：huyihong76@163.com