阿尔茨海默病血液标志物研究进展



阿尔茨海默病血液标志物研究进展

孔祥怡石锴1赵晴1

(吉林大学临床医学院，吉林长春130021)

〔关键词〕阿尔茨海默病；生物标志物

阿尔茨海默病(AD)发病机制目前尚不清楚，存在多种假说，其中影响较广的有β-淀粉样蛋白(Aβ)瀑布理论和tau蛋白学说，后又相继提出氧化应激、炎性机制、线粒体功能障碍等多种假说。截止2015年，全球约有4千6百万人罹患痴呆症，预测到2050年，将增加至1亿3千万〔1〕。而AD是最常见的痴呆类型，约占50%~75%〔2〕。因此，找到一种能够用于临床诊断AD的生物标志物具有深远意义。目前通过运用功能磁共振成像、正电子发射计算机断层显像(PET)及脑脊液检测等技术，研究者们已经发现一些具有诊断价值的生物标记物，且证明这些标志物与AD病理生理过程相关〔3〕。但以上这些标记物由于检测技术要求高、价格昂贵及检查存在有创性，不能广泛运用于实际临床工作中。因此，寻找一种易操作、性价比高且无创的血液学标志物是对AD临床诊断工作的迫切需要。本文就AD相关的血液生物标志物的研究现状作一综述。

1Aβ相关生物标志物

AD发病机制中的Aβ毒性学说认为在AD患者脑中Aβ过度沉积导致细胞膜功能降低，提高细胞分子溶质性G蛋白耦联受体激酶(GRK)2/GRK5的表达，而增高的溶质性GRK2与神经纤维缠结(NFT)和损伤的线粒体产生共区域化，另一方面，GRK5的减少破坏了突触前膜自身2型毒蕈碱受体(M2)的脱敏化，导致乙酰胆碱释放减少，神经突触功能退化与认知功能减退是密切相关的。而GRK2/GRK5的异常进一步导致Aβ沉积，两者相互作用产生恶性循环〔4〕。因此，Aβ被广泛用于研究AD的临床诊断。Mehta等〔5〕应用酶联免疫吸附(ELISA)法对78例AD患者及61例对照受试者的血浆进行检测，发现AD患者血浆Aβ40水平高于对照组，但结果有很大的重叠性，而血浆Aβ42水平在两组未见明显差异。Ertekin-Taner等〔6〕对患有家族性AD患者进行血浆Aβ检测，结果显示晚发性和早发性的家族性AD患者血浆Aβ水平均较对照组明显升高。Quiroz等〔7〕报道对于携带常染色体显性遗传AD(ADAD)基因突变的儿童血样检测，发现其血浆Aβ42水平明显高于非携带基因突变的儿童。Koyama等〔8〕做了一项包括13项研究和10 303例受试者在内的有关血浆 Aβ1~42及Aβ1~42/Aβ1~40作为痴呆和AD的预测指标的回顾分析认为，血浆中Aβ1~42/Aβ1~40比值的下降在预测认知功能下降方面具有统计学及临床意义。Toledo等〔9〕报道通过检测162例AD患者、348例轻度认知功能障碍(MCI)患者及205例正常受试者的血浆Aβ水平推测Aβ作为AD生物标志物的可用性，结果显示血浆Aβ的水平与临床病情相关性有限。除Aβ42和Aβ40被用于研究，Aβ17也被提出可用于AD的诊断。Pérez-Grijalba等〔10〕报道血浆游离型Aβ17/细胞结合型Aβ17比率升高与认知功能减退呈正相关，且在AD组、MCI组及正常对照组之间有明显差异。Portelius等〔11〕报道了在一项关于γ-泌肽酶抑制剂LY450139治疗AD的临床研究中，发现脑脊液中Aβ14、Aβ15和Aβ16水平呈剂量依赖性升高，而Aβ40和Aβ41没有这种现象，提示这些短链Aβ有潜在成为监测AD治疗效果的标记物。虽然目前有关血浆Aβ用于AD生物标志物已经进行大量的研究，但研究结果差异较大，且因血脑屏障的存在，血液中的Aβ水平是否能够准确反映AD的病情仍存在较大争议，需要进一步研究。

2tau蛋白相关生物标志物

tau蛋白是一种表达于神经系统中的未折叠型微管结合蛋白，有6种不同的亚型，分子量分别由50~60 kD〔12〕。AD发病机制中tau蛋白学说，认为过度磷酸化的tau蛋白破坏神经元骨架微管蛋白的稳定性，从而导致NFT，破坏神经元及突触功能。目前主要用于AD研究的Tau蛋白亚型为脑脊液中的t-tau蛋白和p-tau蛋白〔13〕。有文献报道，在AD患者脑脊液中t-tau蛋白水平较正常人高2~3倍〔14〕。而与t-tau蛋白相比，脑脊液p-tau水平升高对AD的特异性更高些而且被认为能反映NFT的病理改变〔15〕。但由于血液中tau蛋白的水平低于技术可检测阈值，目前有关AD血液中tau蛋白水平的报道较少。有学者〔16〕认为tau蛋白可发生裂解并释放到外周血中，因此通过蛋白质组学技术检测这些片段，进而推测出血液中tau蛋白水平，Henriksen等〔16〕报道应用数字化ELISA技术可检测血清中tau蛋白水平，而且认为这种技术也可以用于Aβ裂解片段的检测。目前研究者们将进一步研究tau蛋白片段是否与疾病进程有关〔17〕。

3炎性因子相关生物标志物

长期以来研究者们普遍认为具有神经毒性的Aβ沉积和tau蛋白所致的NFT是AD主要的两种病理学标志，但近来研究发现神经炎症病变也是AD神经病理改变的重要组成部分，神经炎症病变导致疾病渐进性的进展。研究发现AD患者脑中的星形胶质细胞和活化小胶质细胞分泌多种炎性介质，包括细胞因子、趋化因子、补体系统成分和氧化自由基等〔18〕。而系统性炎症反应可改变机体的免疫功能，使致敏型免疫细胞功能激活，促进细胞因子大量释放，进而导致神经损伤〔19〕。Holmes等〔20〕报道通过研究300例受试者血样及6个月的随访，发现存在系统性炎症的受试者血清中具有高水平的肿瘤坏死因子(TNF)-α，而在接下来6个月随访中，这些受试者有高于低水平组2~4倍的风险出现认知功能的减退。Laske等〔21〕报道通过应用液相芯片技术检验82例AD组及82例对照组的血样，发现AD患者中可溶性TNF-受体(sTNF-R)1水平较对照组明显升高，而且认为有巨大潜力成为筛查AD的生物标记物。Sun等〔22〕报道通过检测64例AD患者，88例MCI患者和50例健康人的血样，发现在MCI组和AD组中血浆TNF-α转移酶(TACE)的活性明显升高，而且TACE活性与脑脊液中t-tau蛋白水平呈正相关，与脑脊液Aβ42水平呈负相关，这也进一步支持了TNF-α参与AD相关的神经炎症改变，认为血浆TACE活性可用于AD早期筛查及临床辅助诊断。Wu等〔23〕通过检测40例轻度AD组和40例正常对照组的血样，发现在AD组血浆中白细胞介素(IL)-6水平升高及TNF凋亡诱导配体(TRAIL)水平降低，而且这种现象在脑脊液的检测中更为明显，认为IL-6和TRAIL可用于AD的早期辅助诊断。近来研究者们建议对于AD炎症因子的相关研究不仅要包括细胞因子和趋化因子的评估，而且要进一步探究外周血单个核细胞(PBMCs)刺激活化后的免疫信号表达〔24〕。对于免疫炎症相关的生物标记物的研究需要多试验与多学科相结合的研究方法，同时要注意根据是否存在系统性炎症和其他感染并发症进行分组研究。

4脂类代谢相关生物标志物

Corder等〔25〕和Strittmatter等〔26〕首次强调脂类代谢在AD发病过程中所起的作用。而随后大量的研究发现，携带载脂蛋白(Apo)Eε4等位基因是罹患散发型AD的高风险因素。APOE是中枢系统中介导脂类转运的一种重要Apo，其在保护和修复神经损伤方面起着重要的作用。ApoE不仅在维持神经元细胞膜结构上起重要作用，而且可以直接影响细胞膜的水溶性和流动性〔27〕，同时对细胞功能产生重要影响，尤其是神经鞘脂，其异常可以导致多种神经精神疾病。其中，神经鞘脂的代谢物包括神经鞘磷脂、神经酰胺及硫酯。Mielke等〔28〕报道通过对100例受试者血样检测及9年的随访，横向研究发现，血清中低水平的神经鞘磷脂和神经酰胺与记忆损害有关，而纵向研究发现，在较长时间的随访中，高水平的神经酰胺可预测认知功能损害。随后Mielke等〔29〕一项包括21例早期AD患者、17例遗忘型MCI(aMCI)患者及25例正常人的血样检测，发现与AD组和正常对照组相比，aMCI患者血中神经酰胺的水平明显降低。Mielke等〔30〕认为神经酰胺水平的高低与疾病病程有关，血中神经酰胺的水平可早于发病前几年就出现升高，而在已经出现记忆损害的早期其水平是降低的。因此，血中神经酰胺水平可用作观察AD病程进展的指标〔30〕。Teng等〔31〕报道通过对541例受试者(包括375例MCI患者、109例轻度AD患者和57例正常对照组)的血样检测及海马体积测量发现，在MCI组和正常对照组中，血中低水平的ApoE与海马体积缩小呈明显的相关性。因此在AD相关的高危险人群中，血浆中ApoE的水平异常提示颅内可能存在着AD神经病理改变〔31〕。

5微血管损伤相关标志物

近些年研究发现血管因素也参与了AD的神经病理改变。而且在AD患者脑中，微血管损伤和神经元损伤是另外两个常见的神经病理改变〔32〕。而血管内皮功能紊乱与细胞黏附分子和细胞因子的过度表达有关。因此，微血管损伤的可能标志物主要为细胞黏附分子，包括细胞间黏附分子(ICAM)-1，血管细胞黏附分子(VCAM)-1和选择素。Zuliani等〔33〕发现在迟发型AD(LOAD)和血管型痴呆患者中，血浆VCAM-1水平较正常组升高，提示在这两种类型痴呆中存在血管内皮功能紊乱。

6AD相关的新型生物标志物和研究技术

近几年来，研究者们通过应用蛋白质组学、代谢组学和基因学等技术，使得生物信息标记物技术得到迅速发展。Soares等〔34〕应用一种包含18种血浆分析物的多元定量蛋白免疫测定套餐技术，其诊断早期AD的准确率可达70%。Thambisetty等〔35〕应用凝胶型蛋白质组学技术检测了79例AD患者、88例MCI患者及95例正常对照组的血样，发现与补体激活和凝聚有关的5种蛋白质组合(补体C3、补体C3a、补体因子-1、γ-纤维蛋白原和α1-微球蛋)，而且这些血浆蛋白是提示存在AD病理的重要指标。另外有文献报道认为，与AD相关的分子蛋白裂解成片段后释放到血液中，而通过检测血中这些修饰后的片段可用于AD的鉴别诊断或观察病程进展〔36〕。

AD可能与脑内基因表达信号有关，而这些生物信号与血中类似的生物信号有关〔37〕。但在AD或其他神经疾病中，血液中基因表达的改变与脑内基因表达是否有关尚有争议。Rye等〔38〕选取96种基因序列组合用于轻中度AD的辅助诊断，通过对100例AD患者和104例正常老年人血样检测，结果显示其诊断率可达71.6%。Fehlbaum-Beurdeley等〔39〕验证应用AclarusDx技术(一种检测基因转录信号的血液测试)，鉴别AD患者与正常老年人，其灵敏度为81.3%和特异度为67.1%，认为AclarusDx检测可以为AD的诊断提供有价值的和客观的数据。有学者报道了一种与AD有关基因标记物线粒体外膜转移酶(TOMM)40(其主要作用是将蛋白质转入线粒体内)，在全基因组相关联系研究(GWAS)中发现，TOMM40基因表达在AD患者中出现下调情况〔40〕。Chong等〔41〕发现血中TOMM40基因表达水平下调不仅可以作为AD的标志物，而且与疾病病程也有关。丛生蛋白，又称ApoJ，是一种淀粉样分子伴侣蛋白，其作用包括调节生殖、组织修复、调节免疫、脂质运输和细胞程序性死亡等。Lambert等〔42〕发现一个AD相关的风险基因位点(CLU)，位于8号染色体，其主要作用为编码丛生蛋白。Silajdzic等〔43〕发现血浆丛生蛋白水平在AD患者并不没有特异性的升高，但发现其水平与AD的病情严重程度和发病风险有相关性〔44〕。Song等〔45〕发现在MCI患者中，血浆丛生蛋白的水平与认知功能水平呈负相关。Thambisetty等〔46〕报道在MCI患者中，血浆丛生蛋白水平升高不仅与认知功能下降有关，还与大脑萎缩程度有关。

人类血清中含有大量的抗体分子，而这些抗体分子有可能是提示某些疾病的信号。Nagele等〔47〕报道应用10种抗体标志物组合区别AD患者与非痴呆受试者，结果显示其灵敏度为96%，特异度为92.5%，同时又报道应用5种抗体标志物组合区别AD患者与PD患者，其准确率可达86%。

7挑战与前景

截止目前为止，研究者们已经对于AD相关血液生物标志物做了大量研究，但因其结果可重复性差，其诊断价值存在较大争议。而造成结果变异性较大的原因有很多，其中包括血样的有效性、血样自身的多样性、试验分析前处理及分析方法。试验分析前处理包括采血顺序、采血管是否加有抗凝剂、抗凝剂的选择、血样的存储条件及样品的解冻周期等。因为血液是一种复杂且包含多种细胞成分的物质，其所含的成分也在不断发生变化。而对于血样分析前处理程序不同也会造成结果的不同。在试验分析方面影响结果的因素有分析方法、评估平台及观察指标。另外，由于存在血脑屏障，脑脊液中相关的生物标志物可能不会出现在血液中或低于可检测水平，这些都是研究血液标志物所要面对的挑战。而要应对这些挑战，研究者们需要国际合作，将相关研究试验的程序及数据参考进行标准化。相对于其他检测技术，血液样本的采集更加简易、方便，因此更有潜力得到广泛推广应用。

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〔2014-12-23修回〕

(编辑王一涵)

〔中图分类号〕R743

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)05-1260-04；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.05.108

通讯作者：石锴(1987-)，男，在读硕士，主要从事脑血管疾病及痴呆研究。

基金项目：吉林省科技厅资助项目(No.20130727029YY)；吉林省发改委项目(No.20150204057SF)

1吉林大学中日联谊医院神经内科

赵晴(1969-)，女，博士，教授，主任医师，主要从事脑血管疾病及痴呆研究。

第一作者：孔祥怡(1995-)，女，本科在读，主要从事脑血管疾病及痴呆研究。