脑脊液生物标志物在特发性正常压力脑积水中的应用

王仕勤，何宇豪，黄 楹

（1.巴中市中心医院神经外科中心，巴中636000；2.天津市环湖医院神经外科，天津300350）

脑积水的特征是脑脊液容量增加。成人脑积水与脑室内压力和脑脊液流动紊乱以及脑脊液成分改变引起的脑组织损伤有关[1]。特发性正常压力脑积水（iNPH）病因不明，其特征是脑室非阻塞性扩大但脑脊液（CSF）压力正常，典型的临床症状为步态不稳、认知障碍和尿急/尿失禁。如果患者对CSF 引流有明确反应或CSF 流体动力学变化与iNPH 一致，则指南推荐进行分流术。患者的手术治疗改善率达80%以上[2]，常用的补充测试[3]不能排除手术患者。因此，分析CSF 生物标志物，可反映中枢神经系统代谢情况，为iNPH 的诊断和手术预后诊断提供一种可能性。该研究的目的是测定几种CSF 生物标志物，评估所选生物标志物在iNPH 中的诊断价值，进一步探索iNPH 的病理生理学特点。

1 资料与方法

1.1 临床资料 连续纳入2016 年10 月-2018 年6月18 例在我院诊断为iNPH 的老年患者（男性10 例、女性8 例），平均年龄（69±3.6）岁。诊断标准为患者的症状、体征（符合iNPH 指南[4]）和MRI 测量脑室扩大Evans 指数＞0.3[5]。所有患者均行脑室腹腔分流术，分流装置均为美敦力公司同一型号脑脊液分流套件（Medtronic PS Medical®Strata®Ⅱ），具有抗虹吸装置、储液囊和磁性可调压阀。在术前和脑室腹腔分流术后6 个月，根据新型iNPH 量表评估患者步态、平衡、神经心理学和小便控制情况[6]。患者iNPH 量表评分增加≥5 分则认为改善，否则为未改善。12 例健康老年人（男女各6 例），平均年龄（70.6±2.5）岁。排除标准包括神经系统疾病或精神疾病（包括酒精或药物成瘾）或背部或脊柱问题。所选择的受试者均未服用中枢性镇痛药或精神药物。所有志愿者知情同意并经医院伦理委员会审批。

1.2 CSF 样本及分组 健康老年人脑脊液（对照组）于侧卧位进行腰椎穿刺收集20 mL 样本。iNPH患者术前脑脊液（术前组）在进行分流手术时通过置入右侧脑室的导管留取20 mL 样本。iNPH 患者术后6 个月脑脊液（术后组）在术后6 个月复查时留取20 mL 样本。头皮充分消毒后，运用小于25Gauge 的细针经头皮直接穿刺储液囊，不会引起储液囊破损。将所有CSF 样本收集在聚丙烯管中，进行离心、等分并在-80 ℃冷冻至分析。

1.3 CSF 分析 使用NF-Light 试剂盒（Tecan Trading AG, Switzerland），通 过ELISA 技 术 测 量NFL，检测下限为100 ng/L。通过电化学发光测定（MesoScaleDiscovery,Gaithersburg,USA）分析Aβ42[7]。使用INNO -BIA AlzBio3 试剂盒（Innogenetics,Ghent,Belgium），通过LuminexxMAP 技术测量CSF T-tau 蛋白和P-tau 蛋白[8]。通过ELISA 技术测量AQP1（武汉中美科技有限公司，中国）。所有分析均由天津市环湖医院临床神经化学实验室分批进行，批内变异系数低于10%。

1.4 统计学方法 采用IBM SPSS Statistics 25（SPSS，Chicago，IL）进行统计分析。计量资料采用中位数及四分位数[M（Q1-Q4）]表示。运用曼-惠特尼U检验（Mann-WhitneyUTest）对iNPH 患者术前（术前组）脑脊液与健康老年人（对照组）脑脊液进行比较。对iNPH 患者术前（术前组）脑脊液和术后6 个月（术后组）脑脊液进行相关样本Wilcoxon 符号秩检验（Wilcoxon signed rank test）。以P=0.05 为检验水准。

2 结果

2.1 脑室腹腔分流术后复查 临床在脑室腹腔分流术后6 个月复查时，18 例iNPH 患者中有13 例（72%）iNPH 评分有所改善。iNPH 评分术前为56；43～74（中位数；Q1～Q3），复查时为75；62～86，提高了15;4～23。其中术后患者步态及认知改善分别14；3，34 和9；0，17，平衡和尿失禁无明显改善（表1）。

表1 特发性正常压力脑积水患者术前及术后6 个月临床症状和预后[M(Q1～Q3)]Tab 1 Clinical symptoms before and 6 months after surgery and outcome[M(Q1～Q3)]

2.2 CSF 分析 iNPH 患者术前（术前组）脑脊液中NFL 和AQP1 高于健康老年人（对照组），比值分别为(1.53，1.48，P＜0.05）；而T-tau、P-tau 和Aβ42 低于健康老年人（对照组），比值分别为（0.64，0.68，0.48，P＜0.05）；两组之间白蛋白水平无明显差异（P＞0.05）（表2）。iNPH 患者脑室腹腔分流术后6 个月（术后组）脑脊液中NFL、Aβ42、P-tau、白蛋白水平较术前（术前组）增加，对应比值为（0.72，0.62,0.47,0.48，P＜0.05），而AQP1、T-tau 水平较术前（术前组）下降，对应比值为（2.01，1.15，P＜0.05）（表3）。

表2 健康老年人及患者术前脑脊液生物标志物对比[M(Q1～Q3)]Tab 2 Comparison of CSF biomarkers in HI and iNPH preoperative patients[M(Q1～Q3)]

表3 患者术前及术后6 个月脑脊液生物标志物对比[M(Q1～Q3)]Tab 3 Comparison of CSF biomarkers between iNPH patients before and 6 months after surgery[M(Q1～Q3)]

3 讨论

研究发现在iNPH 和阿尔茨海默病（AD）患者的CSF 中神经丝轻链蛋白（NFL）的水平升高而淀粉样蛋白-β42（Aβ42）水平降低[9-13]。然而，这些CSF 生物标志物的诊断和预测价值在很大程度上仍具有不确定性。NFL 反映大的有髓轴突的退化[14]，Aβ42与AD 病理学和斑块存在密切相关；总tau 蛋白（Ttau）和磷酸化tau 蛋白（P-tau），分别反映脑皮质轴突变性和缠结形成[15]；水通道蛋白1（AQP1）位于脉络丛室管膜细胞的顶端，具有水通道的功能[16-17]。

许多研究已经明确了Aβ42 在iNPH 患者脑脊液中减少[9,18]，并且讨论了iNPH 是否可以通过Aβ42在脑细胞外积聚导致AD 的病理学原理。iNPH 患者CSF 中Aβ42 减少的原因，可能是由于脑室周围区域的脑代谢降低，正如PET 和MRI 研究所示[19]。Aβ42 和tau 蛋白水平降低的另一种可能解释是，由于iNPH 患者中CSF 动态逆流引起细胞外液向脑室流量减少，从而导致细胞外液清除率降低。笔者认为脑室周围区域脑代谢降低继发于CSF 的动力学改变。

本研究发现iNPH 中的T-tau 和P-tau 浓度低于健康老年人。有文献报道，iNPH 患者的T-tau 水平差异较大，包括降低[9,18]，升高[20]，正常[11,21]；P-tau 降低[9]或不变[20-21]。笔者认为iNPH 病理生理学特点为没有主要的皮质变性。已有研究证实[9,11,13]NFL 升高表明皮层下脑室周围轴突的损伤，因此是iNPH 病理生理学的一个特征。

研究中健康老年人与iNPH 患者之间未发现反映血脑屏障（BBB）功能和中枢神经系统炎症过程的生物标志物存在任何差异，排除了稀释效应导致淀粉样蛋白β42 和tau 蛋白的降低。相对不变的蛋白质含量表明建立了新的CSF 动态平衡或者通过相当减少蛛网膜下腔中CSF 来抵消脑室容量的增加，从而保持CSF 的总量相对恒定[22]。此外，iNPH 患者脑脊液中蛋白浓度的变化不明显[21]，脑室大小与脑脊液分子之间也没有相关性[11]。脑室腹腔分流术后淀粉样蛋白β42 和P-tau 增加支持这些代谢物的改变在病理生理学上相关。

AQP1 由脉络丛的室管膜细胞选择性表达，并且作为水通道参与CSF 分泌。已在健康受试者的脑脊液中发现AQP1，并且发现在患有细菌性脑膜炎的患者中AQP1 水平更高[17]。最近研究表明，脑室内皮细胞、脉络丛细胞，可释放含有信号传导和细胞内蛋白的囊泡到脑脊液中[23-24]。与对照组相比，本研究结果显示iNPH 患者脑脊液中AQP1 水平升高，这可能是这些患者脉络丛生理功能异常引起。目前尚没有关于脑积水患者或动物模型CSF 中AQP1水平的报道；对iNPH 的脑脊液中AQP1 的表达及意义需进一步研究。

脑室腹腔分流术为脑室系统的CSF 创造了一条新的循环途径。更重要的是其阻力较低，降低了脑室周围白质的应力。并使细胞外液得以正常进入脑室内，以及使细胞外液动力学的正常化。脑室腹腔分流术后Aβ42 和tau 蛋白水平相应比例增加可能反映了脑室周围组织代谢正常化。

iNPH 患者术前和术后CSF 之间没有发现有关炎症标志物的变化，表明淀粉样蛋白和其他物质的变化可能与一般的机械因素无关。手术后tau 蛋白略有改变，P-tau 升高，T-tau 降低，表明皮质神经元无明显损伤。但是不能排除tau 蛋白水平与个体严重程度之间的相关性。之前对术后CSF 的研究发现T-tau 减少和白蛋白比增加[11]，可能是由于脑代谢和脑血流量的增加所致。

根据本研究，iNPH 患者CSF 生物标志物的特征是Aβ42 和tau 蛋白的水平降低，结合NFL 和AQP1升高，并且没有炎症或血脑屏障损伤的迹象[9,11,13,18,20-21]。然而，如果在临床中作为常规生物标志物，必须与其他鉴别诊断例如AD 进行比较。将Aβ42，T-tau和P-tau 与NFL 结合起来有利于进行鉴别诊断。本研究结果不支持使用炎症标记物或血脑屏障标记物进行iNPH 诊断。上述方法须进一步在前瞻性研究中进行经济有效的分析验证。

iNPH 可引起脑室周围脑代谢水平降低和轴突变性，但没有主要的皮质损伤。当满足临床和影像学标准时，测定CSF 生物标志物有助于iNPH 的诊断，具有较高灵敏度。尽管CSF 生物标志物无法预测脑室腹腔分流术后的结果，但这些CSF 标志物与iNPH 的当前诊断标准之间密切相关。对CSF 生物标志物的进一步研究，有助于了解iNPH 的病理生理学特征，以及脑室腹腔分流系统对CSF 循环的影响。