MAPT基因突变额颞叶痴呆tau蛋白靶向正电子发射计算机断层显像技术研究进展

孔雨 武力勇

首都医科大学宣武医院神经内科（北京100053）

额颞叶痴呆（frontotemporal dementia，FTD）是以精神行为异常、语言功能损害、执行功能障碍为主要特征的神经系统退行性变疾病。其发病率较低，却是60 岁以下最常见的痴呆类型，被认为是一种早发型的痴呆［1］。约40%的FTD 患者有家族史，10%为常染色体显性遗传［2］。至于其致病基因，相关研究已提示多种致病基因突变位点，包括MAPT 基因、GRN 基因、C9orf72 基因片段的重复、VCP 基因、CHMP2B 基因、TARDBP 基因及FUS 基因等［3］。

FTD 的病理机制存在较大异质性。其中，MAPT 突变所致异常tau 蛋白聚集是其主要病理机制之一［4］，但MAPT 基因是如何通过脑内tau 蛋白异常聚集引起神经退行性变从而导致FTD 发病的具体机制仍未完全阐明。另外，因MAPT 基因突变所致FTD 发病外显率高，在中国FTD 人群中所占比例较大，因此明确MAPT 基因突变所致tau 蛋白病变的进展过程，对揭示FTD 发病机制及其诊治有着极为重要的意义，而tau 蛋白靶向正电子发射计算机断层显像（positron emission tomography，PET）技术的发展使之成为可能。本文就MAPT 基因突变FTD 的tau PET 研究进展做一综述。

1 MAPT 基因与tau 蛋白

1.1 MAPT 基因与tau 蛋白生物学特性MAPT基因位于17 号染色体长臂17q21，主要编码tau 蛋白，包含16 个外显子。通过选择性剪切外显子2、3、10 可产生352～441 个氨基酸的6 种tau 蛋异构体，其中选择性剪切外显子10可产生含有3个微管结合重复序列和4 个微管结合重复序列tau 蛋白，即3R-tau 和4R-tau。健康成年人脑组织中3R-tau与4R-tau 的比例约为1∶1。生理情况下tau 蛋白广泛存在于神经元内，在脑内主要集中在神经细胞轴突之中，可促进微管组装，维持微管稳定性，并参与细胞内信号转导、细胞稳定性维持等正常生理活动。正常tau 蛋白异构体比例对防止神经变性有十分重要的作用［5］。

1.2 MAPT 基因突变与病理性tau蛋白MAPT 基因是第一个发现与FTD 相关的基因，其突变可致连锁于17 号染色体伴帕金森病的额颞叶痴呆（Frontotemporal Dementia with Parkinsonism linked to chromosome 17，FTDP-17）［6-7］。目前已报道了50多个突变位点，主要位于第9～13 号外显子以及第10 号外显子临近的内含子区域［8］。MAPT 基因突变主要通过两种途径影响tau 蛋白的正常功能。一是可通过影响前体mRNA 选择性剪切改变3Rtau 与4R-tau 异构体的正常比例。内含子和外显子的突变均可影响RNA 水平，并且不同位点突变可产生不同类型tau 蛋白病变，即病理性3R-tau，4R-tau 及3R/4R-tau。二是从蛋白水平来改变tau蛋白的正常功能。MAPT 基因突变可使tau 蛋白过度磷酸化。研究［9］表明tau 蛋白的磷酸化对tau 蛋白与微管蛋白的结合起负性调节的作用，即降低tau 蛋白与微管蛋白间相互作用的能力，使tau 蛋白之间相互作用增强，在胞浆中聚集沉积，从而影响微管的组装和稳定性的维持。

病理性tau 蛋白沉积的细胞毒性作用以及各种tau 蛋白异构体之间的比例失衡是FTD 潜在的致病机制。定性及定量分析各型tau 蛋白的分布变化对进一步阐明FTD 发病机制及未来FTD 早期筛查诊断和治疗靶点至关重要。

2 tau PET 在MAPT 基因突变FTD 中研究进展

早期对于脑内tau 蛋白的研究只能通过病理学手段。Tau蛋白单体聚集形成的纤维蛋白丝可被淀粉样蛋白结合染料标记，如刚果红、噻吩等［10-11］。但基于病理学的诊断存在较大风险，只能在尸检中进行，因此无法反映tau 蛋白含量随疾病进展的变化。随着PET 影像技术的发展，使得在活体水平定性定量的反复检测脑内tau 蛋白沉积部位及其变化成为可能。

2.1 tau PET 示踪剂的选择理想的选择性tau蛋白示踪剂必须能够透过血脑屏障，具有可特异性、可逆性结合病理性tau 蛋白且不与其他分子非特异性结合的特点，同时应满足标记同位素的半衰期较长能充分到达脑内各区域，能从血液中快速清除［12-14］。AGDEPPA 等［15］首先研制出与tau 蛋白结合的示踪剂［18F］FDDNP，但因其在脑内摄取率较低且能与β淀粉样蛋白非特异性结合而被弃用。近年来一些新型示踪剂相继研发并用于临床研究，包括一代示踪剂如［18F］THK5317，［18F］THK5351，［18F］AV1451，［11C］PBB3 等，二代示踪剂如［18F］MK-6240，［18F］RO-948，［18F］PI-2620，［18F］GTP1，［18F］PM-PBB3 和［18F］JN J64349311［18F］JNJ311 等［16-22］。

2.2 ［18F］AV-1451 PET研究进展［18F］AV-1451是第一个报道也是目前应用最广泛的选择性结合tau 蛋白的示踪剂，因其几乎不与淀粉样蛋白结合，早期用于检测AD 中tau 蛋白，即3R/4R-tau，研究［17］表明［18F］AV-1451 可特异性结合3R/4R-tau且其摄取程度与AD 临床症状的严重程度明显相关。但因MAPT 基因突变所致FTD 突变位点不同，产生的tau 蛋白存在异质性，包括3R-tau、4Rtau 和3R/4R-tau，因此与［18F］AV-1451 的结合可能存在差异。

为了探究［18F］AV-1451 PET 能否准确反映MAPT 基因突变FTD 中tau 蛋白沉积情况，近年来学者们对不同突变位点的FTD 患者进行tau PET 研究，截至目前主要有4 项相关研究。对1例V337M位点突变患者研究结果显示，［18F］AV-1451 储留的部位和程度与MRI 所示脑萎缩程度以及临床症状严重程度密切相关，并且与其母亲尸检所示病理性tau 蛋白沉积的脑区高度一致［23］。但此研究中tau PET与病理学检查并非在同一个体进行，因此为了避免其带来的研究误差，SMITH 等［24］在1例R406W 位点突变患者先后进行［18F］AV-1451 PET及尸检，证实［18F］AV-1451 在额叶、颞叶以及基底节摄取增加，与尸检所示病理性tau 蛋白沉积区域一致。随后JONES 等［25］对13例MAPT 基因突变携带者（N279Kn=5，S305Nn=2，P301Ln=1，V337Mn=2，R406Wn=3）、30例AD 患者和241例健康对照进行tau PET 扫描，结果表明对于第10 号外显子之外的位点（V337M 和R406W）突变所产生的3R/4R-tau，［18F］AV-1451 在颞极有较强滞留，并且这种滞留程度与AD 对照组相近；第10 号外显子（N279K、S305N、P301L）突变产生的为4R-tau，［18F］AV-1451 的结合较低且主要分布在白质，与健康对照组无明显差异，并且与临床症状的严重程度无相关性，即使在严重萎缩的脑区也未达到3R/4Rtau 蛋白病变中示踪剂储留水平，另外在一些非tau蛋白病变的区域也观察到与病理性tau 蛋白沉积部位相近甚至更高剂量的示踪剂储留，因此这些4R-tau 病变部位低剂量的示踪剂储留与tau 蛋白是否相关尚不能确定。由此可见［18F］AV-1451 与3R/4R-tau 结合较好，而与4R-tau 结合却不理想。TSAI 等［26］研究也发现，在V337M 和R406W 突变FTD 患者［18F］AV-1451 PET 可见较强示踪剂储留，而P301L 突变FTD 患者虽然已处于疾病的晚期并且已有严重脑萎缩，却只在双侧颞叶和右侧枕叶表现出轻度示踪剂储留。另外，此研究中两例临床表现为轻度认知障碍的内含子10+16 突变携带者（4R-tau 蛋白病变）也只表现出较低的示踪剂储留，虽然这可能与两例患者尚处于疾病的早期阶段，tau 蛋白沉积可能尚未达到峰值有关。另有对内含子10+16 C ＞T 突变研究表明［18F］AV-1451 在前颞叶和扣带回皮质腹前侧结合增加，与其父亲尸检神经病理学结果一致，因此认为［18F］AV-1451与4R-tau 蛋白结合较好［26］。内含子10+16 突变所产生的tau 蛋白是否可与［18F］AV-1451 特异性结合，还有待于进一步的研究。

综合目前研究，［18F］AV-1451 在MAPT 基因突变的FTD 中结合情况根据tau 蛋白异构体的不同而有所差异。普遍认为与3R/4R-tau 结合度较好，在检测tau 蛋白分布、含量及随疾病进展的变化方面表现出较好的前景。与4R tau 结合度较差，虽然有研究支持此示踪剂与4R tau 较好结合或部分结合，但总体而言它并不是一个检测病理性4R tau 蛋白理想的生物标记物。但目前针对［18F］AV-1451 研究均为小样本研究，因此大样本病例研究以及纵向随访观察对于验证其特异性十分必要。

对于［18F］AV-1451，各研究均表现出不同程度脱靶显像。认知正常、淀粉样蛋白阴性的健康对照者中可见相似的示踪剂储留，并且这种储留可随着年龄的增加而增多［23，27］。非tau 蛋白病变如颗粒蛋白前体（PGRN）基因突变FTD 患者中也观察到示踪剂储留。［18F］AV-1451 在中脑、脑膜、脉络丛、纹状体、血管畸形及陈旧性梗死等的结合被认为可能与tau 蛋白病变无关。其中黑质和脑膜中的示踪剂储留可能与神经黑色素相关，脑出血性损伤观察到较高的储留反映示踪剂可能是与含铁血黄素结合的结果［28］。［18F］AV-1451 在脉络丛储留的原因尚未明确，可能与tau 蛋白在脉络丛上皮细胞中沉积，或者放射性示踪剂及其代谢产物在从血液到脑脊液的循环过程中被上皮细胞摄取相关。

3 其他tau PET 的研究进展

由于［18F］AV-1451 研究结果存在较多争议，所以更多新型示踪剂被用于病理性tau 蛋白的研究。有研究对3例很可能的AD 患者及年龄匹配的健康对照进行［11C］PBB3-PET 扫描，发现AD 患者海马区域有较强［11C］PBB3 滞留，与tau 蛋白分布一致，并且随着疾病进展［11C］PBB3-PET 可检测到tau 蛋白的扩散，表明其评价3R/4R tau 进展的潜能。4R-tau 进行性核上性麻痹患者的顶叶及额颞叶灰白质、中脑、苍白球和小脑观察到［11C］PBB3滞留［29］，皮质基底节变性患者基底节区及皮层可见［11C］PBB3 优势结合［30］，在N279K 突变家族性tau蛋白病、Pick 病以及G272V 突变所致的3R-tau 蛋白病中［11C］PBB3 的结合较［18F］AV-1451 强，并且这些结果与放射自显影研究结果相一致［31］，表明［11C］PBB3 可与各型tau 结合。此外，其衍生物［18F］AM-PBB3 及［18F］PM-PBB3 被研发并用于临床试验，可解决［11C］PBB3 表现出的动力学范围较低、代谢不稳定、脱靶结合等问题，为进一步实现MAPT 基因突变FTD 患者中病理性tau 蛋白的检测提供了希望。［18F］PI-2620 PET 在AD 患者中研究示［18F］PI-2620 滞留与AD 临床严重度呈显著正相关［32］。在体外实验中，通过对脑组织匀浆研究发现低浓度［18F］PI-2620 即可对病理性tau 蛋白显示出高亲和力，且不与β 淀粉样蛋白、MAO-A 和MAO-B 脱靶结合，在非痴呆对照组的大脑组织中也只显示出极低浓度的背景结合，表现出较高的应用前景［21］。新型示踪剂可特异性结合各型tau蛋白的潜能，为进一步对MAPT 基因突变FTD 患者tau 蛋白的研究提供了希望。

4 展望

通过选择性tau 蛋白示踪剂与脑内异常聚集tau 病理特异性结合，利用PET 技术以非侵入方式检测病理性tau 蛋白的产生、分布和变化，对于阐明FTD 病理机制以及临床诊断治疗有极为重要的作用。研究表明，FTD 患者在临床症状出现前就已经出现脑内病理性tau 蛋白沉积，对MAPT 临床前期突变携带者进行tau PET 影像学检查，可预测症状的出现与进展，从而指导临床医生进行早期干预，并可帮助理解tau 蛋白病变与认知损害之间的关系及其致病机制。此外，tau PET 对指导tau蛋白分子靶向治疗，评估治疗疗效有极为重要的意义。然而，目前tau PET 影像在FTD 中的应用研究尚不全面，且研究结果存在争议。因此，能够与各型tau 蛋白结合的新型示踪剂的研发，对MAPT基因突变携带者及患者进行大样本随访观察研究，以及tau PET 与神经病理学相结合的基础和临床研究将成为今后研究的重点和热点。