阿尔茨海默病脑脊液和替代基质中生物标志物的研究进展

方涵 杨再兴

阿尔茨海默氏病（AD）是一种进行性神经退行性疾病，是老年人中最常见的痴呆类型。AD主要表现为神经精神症状，例如进行性记忆障碍，认知功能障碍，性格改变和语言障碍，严重影响社交、职业和生活功能。2011年，美国国家老龄研究所和阿尔茨海默病学会联合发布了AD诊断指南，该指南将AD分为三个阶段，即无症状的临床前AD，AD源性轻度认知损害（MCI）和AD痴呆［1］。在2018年，NIAAA建议进一步更新，统一了影像学和生物标志物的研究框架，并将生物标记物分为AT（N）组，表明淀粉样蛋白沉积（A），病理性纤维性Tau蛋白（T）和神经变性（N）。目前，神经心理学测试量表，实验室测试和影像学测试通常在临床实践中用于阿尔茨海默氏病的早期诊断。大量证据表明，在AD临床诊断之前某些生物标志物已发生变化，而在临床前AD和MCI向AD的进展中几乎无变化［2］，因此确定生物学标志物可有助于诊断AD早期，并在病情进展以及疗效的评价中发挥重要作用。本文回顾了可早期诊断AD的脑脊液中的生物标志物和替代基质中的生物标志物，以供参考。

1 脑脊液中的生物标志物

脑脊液由脑室中的脉络膜丛产生，在中枢神经系统中起重要作用。因为退化坏死的神经元将直接与脑脊液交换其代谢产物，所以脑脊液中生物标志物的检测将更加直接，并且可以排除体内许多代谢紊乱，是理想的鉴定标本。

1.1 β-淀粉样蛋白 研究表明，β-淀粉样蛋白（Aβ）的产生增加和清除减少会导致其在脑内异常积聚，从而对周围的突触和神经元产生毒性作用，会破坏突触膜，并导致神经细胞死亡。Aβ是一种由淀粉样前体蛋白（APP）通过淀粉样代谢途径产生的多肽，其中90%是Aβ40，其余10%大部分是Aβ42。脑脊液Aβ42作为轻度认知障碍（MCI）患者发生AD的指标，将受到年龄、性别、观察时间和APoE4的影响。目前的临床研究尚未证实Aβ异常的老人一定会发展为AD，而在其他神经退行性疾病中也发现脑脊液中Aβ的减少，因此在识别AD和其他非AD痴呆方面特异性低［3］。AD患者的脑脊液中Aβ42水平低于正常对照组，结合检测Aβ42水平和Aβ42/Aβ40比值可以提高AD的诊断敏感性和特异性［4］。

1.2 Tau蛋白 Tau蛋白是一种含磷酸的蛋白。AD患者大脑中的Tau蛋白异常地过度磷酸化并聚集成双螺旋丝状，并失去正常的生物学功能。异常磷酸化的Tau蛋白的病理沉积导致神经原纤维缠结（NFTs）的形成，可将其用作大脑过早衰老的标志。与正常老年人相比，AD患者大脑中的NFT数量更多，分布更广泛。NFTs随着AD的进展而增加，并且与痴呆症状的程度有关。在AD患者的CSF中，t-tau和p-tau浓度升高，这是疾病严重程度的标志，浓度越高，疾病进程越快。NFT的主要成分是p-tau，p-tau的增加比t-tau对AD的诊断更有意义。早期临床AD患者的脑脊液中p-tau水平与认知功能相关性显著降低，预示AD的发生［5］。研究表明，脑脊液Aβ42、t-tau和p-tau的联合使用可将AD与正常对照区分开，其敏感性为97%，特异性为75%［6］。由此可见，多种标志物联合诊断的敏感性高于单一标志物，对AD的早期诊断具有一定的临床意义。

1.3 胰岛素 胰岛素可由神经细胞自身合成，或由胰岛β细胞分泌并透过血脑屏障（BBB）进入中枢神经系统［7］。研究发现，脑脊液中胰岛素的水平是血液中的25%［8］。APP通过非淀粉样代谢途径产生可溶性片段sAPP a，sAPP a具有神经营养和保护作用，可以竞争性地减少Aβ的产生，从而延缓AD的发展。Tau蛋白磷酸化的关键酶是糖原合成激酶3β（GSK-3β），而胰岛素可以抑制GSKG3β活性并降低Tau蛋白磷酸化［9］。研究发现，在大鼠的侧脑室长期注射链脲佐菌素（stz）可以减少大脑中的葡萄糖摄取，从而导致类似于AD的病理生理变化，例如记忆功能逐渐下降，脑内葡萄糖代谢减少，突触功能障碍，Aβ沉积和Tau蛋白磷酸化［10］。中枢神经系统中能量代谢的缺陷在神经退行性疾病的过程中起着重要作用［11］。胰岛素调节人脑内的葡萄糖代谢，胰岛素分泌减少引起的血糖异常会引起脑内物质运输和能量代谢受损，从而导致认知能力下降。

1.4 ApoE4 载脂蛋白E（ApoE）是一种脂质转运蛋白，在中枢神经系统的神经元中大量表达，而ApoE4是其亚型之一。ApoE4增加Aβ沉积，产生神经毒性片段，刺激Tau蛋白磷酸化，并损害线粒体功能。ApoE4参与AD发生的机制还需进一步研究。

1.5 其他相关标志物 β-分泌酶1、神经颗粒蛋白、α-突触核蛋白、神经丝（NF）等与AD的发病机理或其他病理生理学方面有关，例如生化修饰、酶缺陷、清除和降解途径［12-13］，这些蛋白可用作AD的潜在生物标志物。例如，神经丝是轴突蛋白，具有高（NF-H）、中（NF-I）和轻（NF-L）分子量，相对于正常人，AD患者脑脊液中的NF-L水平升高［14］。脑脊液检查是侵入性且不方便获取材料，因此人们正在寻找其他可靠、可重复、非侵入性、易于检测的替代基质来代替脑脊液检查，包括血液、尿液、唾液等。

2 血液中的生物标志物

2.1 Aβ42蛋白 目前，关于外周血Aβ42与AD的相关性的研究仍存在争议。研究［15］显示，AD患者越严重，血浆Aβ42蛋白浓度越低。但是其他研究［16］表明，血浆Aβ42浓度升高是AD的危险因素。因此，需要更多的大样本队列研究来验证血浆Aβ42与AD严重程度之间的关系。

2.2 淀粉样前体蛋白 在血液中，血小板是Aβ肽的主要来源。早期AD患者血小板中APP形成率的减少幅度与AD的严重性有关［17］。血小板中APP形成率的检测可作为AD患者早期诊断和排除的参考。

2.3 同型半胱氨酸（HCY） HCY是通过蛋氨酸代谢产生的含硫氨基酸，是心血管疾病的重要危险因素。对认知能力受损的个体进行的一项前瞻性研究［18］发现，血浆HCY＞14μmol/L时，AD的风险增加了几倍，表明高HCY可能是AD疾病的危险因素。另一项回顾性研究［19］显示，阿尔茨海默氏病患者的HCY含量越高，疾病越严重，预后越差。2.4 S100B蛋白 S100B蛋白是主要由神经胶质细胞分泌的钙结合蛋白。在生理浓度下，S100B蛋白具有旁分泌或自分泌神经营养作用，在高浓度时具有神经毒性作用。当脑组织受损时，S100B蛋白可以释放至脑脊液中，并通过血脑屏障进入血液，导致血清中S100B蛋白水平升高。

3 尿液中的生物标志物

尿液标本易于获取，患者依从性良好。其适用于人群筛查，早期诊断和疗效观察，并且可以长期重复随访。

阿尔茨海默氏病相关神经丝蛋白（AD7C-NTP）是一种跨膜磷蛋白，在神经元细胞体中表达。De la Monte教授发现AD脑中AD7C-NTP的表达水平升高，与p-tau水平呈正相关，并在组织学完整的退化神经元中出现，证明AD7C-NTP异常蛋白表达增加是AD神经变性的早期事件［20］。随后的研究表明，NFTs中存在AD7C-NTP，这主要与诱导神经炎症和细胞死亡有关。研究发现，检测AD患者尿液中AD7CNTP的水平与检测CSF中AD7C-NTP的意义相同，诊断AD的敏感性为90%，特异性为92.3%，说明其诊断具有重要的临床参考价值［21］。

4 唾液中的生物标志物

唾液收集是完全非侵入性的，可以单独收集，也可以重复收集，因此唾液是监测疾病的理想基质。一些研究发现，AD早期患者唾液中的Aβ42水平明显高于对照组，表明唾液中Aβ42蛋白的测定可作为AD早期诊断的生物标志物［22］。

流行病学调查表明，随着人口的老龄化，老年痴呆症患者人数也随之增加。AD已成为公认的医学和社会学问题，并引起了广泛关注。近年来，在人们的不断研究中，发现了许多与AD相关的体液生物标志物，但其中一些需要大量数据进行验证。随着超敏技术的不断发展，检测的准确性和灵敏性不断提高，人们对侵入性较小的替代基质中的生物标记物寄予厚望，但很多是独立研究尚未整合。

因此，单凭一种生物标志物难以准确诊断并预测AD的发生，将多种生物标志物检测与影像学检查、神经电生理学和神经心理学评估以及其他方法相结合，可用于构建统一，灵敏且特异的筛查和评估标准，以期达到早期诊断、及时干预的目的。