Tau蛋白相关标志物对阿尔茨海默病的诊断价值

周丽华 徐武华

Tau蛋白相关标志物对阿尔茨海默病的诊断价值

周丽华 徐武华

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)约占老年期痴呆疾病构成比的50%～75%,其患病率随着年龄增长而快速增加。由于迄今为止病因和发病机制尚未明确,且缺乏有效的防治手段,AD已成为危害人类健康的世界性公害[1]。细胞外的Aβ沉积和细胞内的Tau蛋白异常磷酸化共同构成AD的两大病理特征。由于Aβ学说的兴起,近二十余年AD临床和基础研究的重点都集中在Aβ上,但临床病理研究早已证实,AD病人的痴呆程度主要与tau蛋白异常磷酸化的神经纤维缠结(neurofibrillary tangles, NFTs)数量有关,而与Aβ斑块数量无关。事实上,绝大多数以清除Aβ沉积为疾病防治标靶的Aβ疫苗均以难以在疫苗诱导的“有益的”清除性免疫反应和“有害的”免疫性不良反应之间取得平衡而宣告失败[2]。

即使是在AD的诊断标准中,围绕tau蛋白的诊断标志物也是少之又少。仅在2007年NINCDS-ADRDA更新的标准(研究用)中提及了脑脊液磷酸化tau蛋白(CSF P-tau)、脑脊液总tau蛋白(CSF T-tau)可作为诊断参考,而2011年美国国家衰老研究所和阿尔茨海默病学会(NIA-AA)诊断标准中所提及的诊断标志物依然主要围绕着Aβ[3]。近年来,人们开始反思Aβ学说并重新审视另外一个长期被忽视的AD病理机制假说——tau起源学说。该学说首先由德国神经病理学家Braak H&E提出,并根据NFT在不同脑区的扩散规律,勾画出了一个与临床症状高度吻合的“十阶段” AD发展模式[4]。注意到许多其他中枢神经变性性疾病(如路易体痴呆、进行性核上性麻痹、帕金森病、额颞性痴呆、朊蛋白病等)也存在相似的tau异常磷酸化过程,越来越多的学者也将此类疾病统称为tau病(tauopathy)[5],其病理分型主要依据蓄积的tau蛋白同型异构体的种类及病理改变与tau基因变异的相关性。本文拟从tau蛋白出发,全面阐述其在AD诊断学标志物领域的研究进展。

1 tau蛋白生理及病理生理

Tau 蛋白是一种基因编码于人类17号染色体长臂上,分子量在50～75 kD之间,并具有重要生理功能的微管相关蛋白。主要分布在神经元轴突中,正常情况下通过不同的mRNA剪辑方式主要表达为6种同功异构体,并借助少量的磷酸键组成成对的双螺旋神经细丝(paired helical filament,PHF),后者进一步组合成神经原纤维,在神经元内起着传导递质信号、转运营养物质的重要作用。因此tau蛋白不仅是构成神经骨架分量最多的物质,也是维持神经细胞正常生理功能以及自身生长发育、创伤后修复的基础。

根据tau起源学说[4],AD病理状态下,各种原因首先诱导了tau蛋白的异常过度磷酸化,并使其相互纠缠成块絮状即形成了大量的NFT,最终导致神经细胞丧失生理功能,甚至死亡。

2 脑脊液和血浆中的tau蛋白诊断学标志物

荟萃分析发现,相比Aβ42,CSF T-tau、P-tau水平测定对区分AD和正常对照(Aβ42:95%CI为0.55～0.58,P<0.0001;T-tau:95%CI为2.44～2.64,P<0.0001; P-tau: 95%CI为1.79～1.97,P<0.0001)以及稳定型和进展型轻度认知障碍(mild cognitive impairment, MCI)都具有诊断性价值以及AD预测价值[6]。在鉴别诊断方面,AD病人和散发型朊蛋白病病人分享不同的脑脊液tau蛋白诊断标志物,前者仅出现P-tau水平的显著性升高,后者的T-tau和P-tau水平均有明显升高,从而提示T-tau水平在两者之间的鉴别诊断价值[7]。

采用ELISA方法,Struyfs等[8]分别测定AD和非AD病人尸检大脑中脑脊液T-tau、P-tau181p和Aβ42水平,结果发现Aβ42/P-tau181p比值、P-tau181p/T-tau比值有助于区分AD与额颞性痴呆以及AD和阮蛋白病,提示tau蛋白分型检测可进一步提高痴呆病因诊断的精准度。脑脊液其他亚型的tau蛋白测定,如P-tau199、P-tau231、P-tau396及P-tau404等可能对AD有一定的鉴别诊断价值,但迄今为止,在痴呆诸多疾病谱群中尚未发现一种对AD具有“一锤定音”诊断价值的tau蛋白标志物,因此有学者主张动态并联合脑脊液Aβ检测能提高AD诊断的准确度[9]。

众所周知,AD状态下,血脑屏障也遭受不同程度的破坏,因此脑内tau蛋白也会部分外渗至外周血液,尽管脑脊液标本的获取远较采血困难,但采用外周血完成的tau蛋白相关性诊断学标志物的研究并未取得令人满意的进展,许多研究结果甚至相互矛盾。Olsson等[6]采用Meta分析发现,仅血浆T-tau蛋白水平在鉴别AD病人和正常对照组之间具有一定的诊断价值(OR=1.95;95%CI为1.12～3.38;P=0.02)。但同样采用Meta分析,Shanthi等[10]却得出了无意义的阴性结果。而最新公布的ADNI和BioFINDER研究结果也显示,AD病人血浆tau水平因与正常人群存在太大的重叠,难以作为AD的诊断学指标[11]。有学者同时检测了从MCI到AD不同阶段病人脑脊液和血浆的Aβ42和T-tau、P-tau蛋白水平,发现这种双联合的检测方法或许能提高AD疾病进展的预测价值[12]。因此总体来说,外周血tau蛋白的检测意义远逊于脑脊液,联合脑脊液tau蛋白以及其他指标或许能提高其作为生物学诊断标志物的检测意义。我们认为,这可能与AD状态下血脑屏障的损害程度缺乏特异性、外周血中蛋白质成分过于纷杂、检测方法不够灵敏以及对tau蛋白的理解不深有关。

3 tau蛋白的分子神经影像学标志物

受Aβ学说影响,长期以来,AD的分子影像学几乎都是围绕着Aβ斑块开展的。早期代表性的技术是结构和功能磁共振、氟脱氧葡萄糖-正电子发射断层扫描(FDG-PET)、匹兹堡化合物B(PIB)淀粉样蛋白成像和18F-FDDNP PET。其中示踪剂标记的淀粉样蛋白成像技术使人类第一次能够无创、活体观察到脑内Aβ病理特征,并首次为AD的早期诊断和高危人群的随访追踪提供了一个尽管昂贵但直观有效的分子影像学检测手段。

18F-FDDNP是第一个公开报道的能同时结合Aβ斑块和NFT-tau的示踪剂。Barrio 等[13]以及Kepe 等[14]分别在慢性创伤性脑病病人大脑皮层下和进行性核上性麻痹病人大脑检测到高水平的18F-FDDNP聚集,鉴于这2种疾病均属于tau病谱群,提示这种示踪剂确能敏感地识别NFT-tau。但也有研究发现,该示踪剂聚集现象可同时出现于AD病人NFT密集的海马区域以及Aβ斑块丰富的脑区,因此,多数人认为18F FDDNP与NFT-tau的结合可能是非特异性的,因而限制了它作为tau蛋白分子影像学诊断标志物的应用前景[15]。

为了解决18F-FDDNP的非特异性结合问题,最近不断有新的tau示踪剂研发上市,其中又以18F-THK523、18F-THK5105、18F-THK5117等6种tau示踪剂被认为最有应用前景[16]。Fodero-Tavoletti等[17]采用18F-THK523标记转基因AD小鼠海马切片,显示了大量THK523免疫阳性的tau病理结构,但同一区域的Aβ斑块并未显染,提示该示踪剂对tau蛋白的高度特异性。但总体来说,tau特异性示踪剂的研究仍处于起步阶段,尤其是具有前瞻性的临床应用研究报道极少,其可靠性和应用价值仍有待于进一步的研究。

4 自身抗tau抗体:潜在的新生物标志物

无论是Aβ学说的支持者,还是tau起源学说的倡导者,都承认炎症(免疫)反应是AD发生发展的 “桥梁”。相对于Aβ免疫研究,tau相关的免疫研究报道可谓凤毛麟角。尽管正常状态下,tau属于细胞骨架蛋白,但在AD状态下,随着变性损伤、细胞凋亡和死亡的增多,细胞内各种形式的tau蛋白片段溢出到细胞外,暴露在脑内自身免疫监控之下并诱导从局部到弥漫的炎症(免疫)反应是一种合情合理的逻辑假设。

事实上,2006年Rosenmann等[18]在1个小样本(17例)中第一次证实自身抗tau抗体广泛存在于AD病人和正常对照者的血浆和脑脊液,但并未引起业界的足够重视。直到2012年,Bartos 等[19]才在一个80例的稍大样本中证实了这种自然发生的抗tau抗体在AD病人脑脊液和血清中的浓度明显高于正常人和其他类型痴呆病人,从而提示这种由tau蛋白诱导的自身免疫反应确实发生于人类大脑,并可能通过受损的血脑屏障释放到外周血。目前tau蛋白疫苗的研究已经启动,进入Ⅰ期临床试验的tau疫苗主要包括AAD-vac1和ACI-35,尚未公布试验结果,它们能否成功规避当今Aβ疫苗研究正陷入的免疫陷阱值得期待[20]。

综上所述,tau蛋白的相关诊断学生物标志物研究虽刚刚起步,但已经取得了令人鼓舞的进展,尤其是在Aβ学说陷入重重困境的今天,积极开展该领域的研究不仅可以为AD诊断和新药物研发提供新的思路,还有助于进一步解开AD病理机制之谜。

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广东省自然科学基金项目(S201210008985)

510220广东省广州市，暨南大学医学院附属第四医院，广州市红十字会医院康复医学科(神经内科二区)

徐武华，Email：xiongwuadf@sina.com

R 749.1

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10.3969/j.issn.1003-9198.2017.03.023

2016-12-02)