脑脊液生物标志物与11C-PIB PET/CT 显像对阿尔茨海默病的诊断准确率及相关性研究

武晓丹 战莹 郭佳 陈宇峰 郝珊瑚 张 国旭 王治国

北部战区总医院核医学科，沈阳 110016

阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）是一种常见的神经退行性疾病，占痴呆总数的60%～80%，其给患者家庭及社会带来了沉重的负担[1]。AD 的病理学特征为β 淀粉样蛋白（amyloid-β protein，Aβ）沉积导致的老年斑、tau 蛋白高度磷酸化引起的神经原纤维缠结以及其他神经退行性改变，如突触减少和神经元丢失[2]。目前，常用于AD 诊断的脑脊液生物标志物包括反映脑Aβ 沉积的Aβ42 和Aβ40，以及反映皮层纤维原缠结的t-tau 和p-tau，这些标志物对AD 具有较高的诊断率，但其异常也可能在其他痴呆患者中出现[2-3]。研究结果表明，脑脊液中t-tau/Aβ42 水平的比值（the level ratio of t-tau to Aβ42，t-tau/Aβ42）和Aβ42/Aβ40 水平的比值（the level ratio of Aβ42 to Aβ40，Aβ42/Aβ40）相比单独的t-tau、p-tau、Aβ42 和Aβ40 可能是更为有效的AD 诊断生物标志物[3-4]。此外，AD 患者脑脊液中α 突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）的水平高于轻度认知障碍患者和健康者[5]。11C-匹兹堡化合物B（Pittsburgh compound-B，PIB）对纤维状Aβ 具有高亲和力，是Aβ 沉积的特异性标志物；11C-PIB PET/CT 可提供不同临床阶段Aβ 沉积的信息，并与尸检结果显示的Aβ 沉积区域密切相关，故其可作为AD 早期诊断的可靠影像学手段[6]。本研究经计算得出脑脊液生物标志物α-syn、Aβ40、Aβ42、t-tau、p-tau、t-tau/Aβ42 和Aβ42/Aβ40 诊断AD 的最佳临界值，并分析它们与11C-PIB PET/CT 显像诊断AD 的准确率及相关性，探讨临床应用中最具预测性的脑脊液生物标志物，从而为AD 的诊断提供参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2011 年1 月至2020 年3 月就诊于北部战区总医院的66 名受试者的临床资料进行回顾性研究，其中男性32 名、女性34 名，年龄61～82（71.0±3.4）岁。根据诊断标准分为AD 患者组（50 例）和健康对照组（16 名）。为保证研究结果的准确性和一致性，所有入组标准及量表评定均由2 位精神科主治医师完成。AD 组的纳入标准：参照美国国立神经病语言障碍卒中研究所AD 及相关疾病协会制定的标准[7]，①简易精神状态量表（mini-mental state examination，MMSE）评分＜26 分；②临床痴呆评定量表（clinical dementia rating，CDR）评分≥1 分；③Hachinski 缺血指数＜4 分。AD 组的排除标准：①患有其他类型痴呆（如额叶痴呆或血管性痴呆）；②患有严重精神疾病或长期服用大量抗精神病药物；③认知功能严重障碍不能配合检查。健康对照组的纳入标准：①MMSE 评分＞26 分；②CDR 评分=0 分；③无认知功能障碍。健康对照组的排除标准：①患有中枢神经系统疾病；②患有严重精神疾病或长期服用大量抗精神病药物。

受试者或其家属均签署了知情同意书且经北部战区总医院伦理委员会批准，批准文号：第（2019）07。

1.2 11C-PIB PET/CT 显像

使用美国GE 公司的MINItrace 回旋加速器和TRACElab FXc 放射性药物合成装置，通过“反应瓶”法合成11C-PIB 显像剂（原料购买于江苏华益科技有限公司），放射化学纯度＞99%，药物经内毒素和热源检查均符合放射性药品的要求。所有受试者均进行11C-PIB PET/CT 显像，使用美国GE 公司的Discovery VCT PET/CT 扫描仪。PET 扫描参数：三维模式采集，轴向视野15.6 cm、轴向采样间隔3.27 mm、采样层厚3.75 mm，扫描范围从颅顶至颅底，显示视野25 cm、矩阵192×192。螺旋CT扫描参数：峰值电压120 kV、电流200 mA、螺距0.984、矩阵512×512。11C-PIB 的注射剂量为3.7 MBq/kg，注射后40 min 开始采集，连续采集20 min。

1.3 图像分析

对PET 图像进行衰减校正和数据迭代重建后与CT 图像经Xeleris 工作站同机融合得到横断面、冠状面和矢状面图像，由3 位核医学科主任医师在隐去临床信息的情况下，采用手动勾画法在前扣带回、外侧颞叶、顶叶皮层和额叶皮层独立勾画ROI，并对图像进行分析评估，意见不一致时协商取得一致。以小脑皮质作为参考区域，计算平均Aβ 沉积标准化摄取值比（standardized uptake value ratio，SUVR），以1.41 为临界值，＞1.41 为阳性[8]。

1.4 脑脊液生物标志物的检测

所有受试者均在PET/CT 显像前行腰椎穿刺收集脑脊液样本，使用美国Thermo Fisher 公司的Multiskan FC 酶标仪，采用酶联免疫吸附法检测脑脊液生物标志物α-syn、Aβ40、Aβ42、t-tau 和p-tau的水平，计算t-tau/Aβ42 和Aβ42/Aβ40。

1.5 统计学分析

采用SPSS18.0 软件进行统计学分析。绘制脑脊液生物标志物的ROC 曲线，确定其诊断AD 的最佳临界值，并得出AUC、诊断AD 的灵敏度和特异度。符合正态分布的计量资料用±s表示，脑脊液生物标志物的组间比较采用独立样本t检验（方差齐）；性别和诊断效能等计数资料的比较采用χ2检验。采用Pearson 相关性分析评价脑脊液生物标志物与11C-PIB PET/CT 的SUVR 间的相关性，Kappa 一致性检验分析脑脊液生物标志物与11C-PIB累积的一致性。Kappa 值≥0.75 为两者的一致性较好；0.4≤Kappa 值＜0.75为两者的一致性一般；Kappa值＜0.4 为两者的一致性较差。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床资料的分析

由表1 可知，AD 患者组和健康对照组在性别、年龄和教育年限方面的差异均无统计学意义（均P＞0.05），组间具有同质性；2 组受试者MMSE和CDR 评分的差异均有统计学意义（均P＜0.001）；AD 患者组脑脊液标志物α-syn、t-tau 和p-tau 水平及t-tau/Aβ42 均高于健康对照组（均P＜0.01），而Aβ42 水平和Aβ42/Aβ40 均低于健康对照组（均P＜0.05）；AD 患者组11C-PIB PET/CT 显像的阳性率为82.0%，其典型病例的图像见图1。

2.2 脑脊液生物标志物的ROC 曲线分析

由ROC 曲线的AUC 可判断脑脊液生物标志物对AD 患者的诊断准确率，AUC 越大，诊断准确率越高。脑脊液生物标志物对AD 患者的诊断准确率由高到低依次为t-tau/Aβ42、Aβ42/Aβ40、α-syn、Aβ42、t-tau、p-tau 和Aβ40。t-tau/Aβ42 和Aβ42/Aβ40诊断AD 的最佳临界值分别为0.509 和0.072，α-syn诊断AD 的最佳临界值为465 pg/mL（表2）。

2.3 脑脊液生物标志物与11C-PIB PET/CT 显像联合诊断的分析

由表2 可知，t-tau/Aβ42、Aβ42/Aβ40 和α-syn的诊断准确率较高，故分别分析三者与11C-PIB PET/CT 显像联合诊断的价值。由表3 可知，t-tau/Aβ42 与11C-PIB PET/CT 显像联合诊断的灵敏度和准确率均高于两者单独诊断（均P＜0.05）；Aβ42/Aβ40和α-syn 分别与11C-PIB PET/CT 显像联合诊断的灵敏度均高于其单独诊断（均P＜0.05）；其他各项指标的比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

表 1 2 组受试者临床资料的比较Table 1 Comparison of clinical data in two groups

表 2 脑脊液生物标志物ROC 曲线的指标结果Table 2 Index results of receiver opertor characteristic curve of cerebrospinal fluid biomarkers

2.4 t-tau/Aβ42、 Aβ42/Aβ40 和 α-syn 与 11C-PIB PET/CT 显像的相关性分析

由图2 可见，t-tau/Aβ42、Aβ42/Aβ40 和α-syn与11C-PIB PET/CT 显像的SUVR 有显著相关性（r=0.555、−0.451、0.445，均P＜0.01）；t-tau/Aβ42、Aβ42/Aβ40 和α-syn 与11C-PIB PET/CT 诊断一致性的Kappa 值分别为0.769、0.623、0.587，均P＜0.001，其中t-tau/Aβ42与11C-PIB PET/CT 诊断的一致性较好；α-syn 和Aβ42/Aβ40 与11C-PIB PET/CT诊断的一致性一般。

3 讨论

近十几年来，脑脊液生物标志物（如Aβ42、t-tau 和p-tau）及11C-PIB PET/CT 显像已广泛应用于神经退行性疾病的早期诊断。本研究分析了脑脊液生物标志物与11C-PIB PET/CT 显像诊断AD 的准确率及相关性，并得出了脑脊液生物标志物诊断AD的最佳临界值。

AD 患者组脑脊液中t-tau、p-tau 和α-syn 水平以及t-tau/Aβ42 均高于健康对照组；Aβ42 水平和Aβ42/Aβ40 均低于健康对照组，即AD 患者脑脊液生物标志物的水平较健康对照者均表现出异常的升高或降低。本研究中AD 患者的11C-PIB PET/CT 显像阳性率为82.0%，这与以往研究中11C-PIB PET/CT显像阳性率65%～91.2%基本相符[9]，部分患者出现11C-PIB PET/CT 阴性结果可能是其Aβ 沉积的形式不典型所致。同时，认知功能正常的老年人中有2 例表现为11C-PIB PET/CT 阳性，有研究结果显示，此类人群可能处于AD 的临床前期[9-10]。Duits等[11]的研究结果显示，t-tau/Aβ42 的最佳临界值在0.5～0.6 范围内，且临界值为0.52 时有最高的诊断灵敏度和特异度，其变化范围较其他脑脊液生物标志物窄，是目前可靠的诊断AD 的生物标志物。一项在小样本人群中采用18F-florbetapir PET 显像探究脑脊液生物标志物最佳临界值的研究结果表明，tau/Aβ42 可作为Aβ 沉积的有效预测因子[12]。本研究结果显示，t-tau/Aβ42 的AUC 为0.892，最佳临界值为0.509，诊断的灵敏度和特异度分别为80.0%和81.2%，其诊断的准确率最高；Aβ42/Aβ40 的AUC 为0.865，最佳临界值为0.072，诊断的灵敏度和特异度分别为76.0%和75.0%，其诊断的准确率仅次于t-tau/Aβ42；t-tau/Aβ42 和Aβ42/Aβ40 分别与11C-PIB PET/CT 显像联合诊断的灵敏度均高于两者单独诊断，且t-tau/Aβ42 与11C-PIB PET/CT 诊断的一致性较好，Aβ42/Aβ40 与11C-PIB PET/CT 诊断的一致性一般。脑脊液标志物Aβ42/Aβ40 能够客观反映Aβ42 和Aβ40 水平，使用Aβ42/Aβ40 代替Aβ42 使AD 诊断的准确率显著升高[13]。一项多中心研究结果显示，脑脊液标志物Aβ42 的最佳临界值在192～638 pg/mL 内变化，其差异性很大[14]，本研究中Aβ42 的最佳临界值为623 pg/mL。这些差异可能是因为AD 的诊断缺乏“金标准”，在确定最佳临界值的时候难免会权衡灵敏度和特异度，或由于现有的统计学方法存在一定的缺陷所致，也可能与样本量较小、患者接受PET/CT 扫描时示踪剂到达大脑的剂量、患者运动产生的伪影、患者的脑萎缩程度以及脑Aβ 缺乏有关[10]。脑脊液生物标志物t-tau/Aβ42 和Aβ42/Aβ40 与11C-PIB PET/CT 的SUVR 具有显著相关性，这表明t-tau/Aβ42 和Aβ42/Aβ40 能够较好地反映AD 患者的Aβ 沉积。Wang等[15]的研究结果也显示，t-tau/Aβ42 能更好地区分AD 患者和健康者，可作为临床中可靠的脑脊液生物标志物。Niemantsverdriet 等[16]发现，在临床诊断AD 时，使用Aβ42/Aβ40 代替Aβ42 可增加脑脊液Aβ 与18F-AV45 PET/CT 诊断的一致性。Hake等[17]的一项关于AD 和轻度认知功能障碍的研究结果显示，18F-florbetapir PET/CT 显像中前扣带回和后扣带回的SUVR 与脑脊液标志物t-tau/Aβ42和Aβ42 水平相关。

表 3 脑脊液生物标志物、11C-PIB PET/CT 及其联合诊断的效能Table 3 The diagnostic efficacy of cerebrospinal fluid biomarkers, 11C-Pittsburgh compound-B PET/CT and their combined diagnosis

有研究结果显示，AD 与大脑中不溶性的α-syn水平有关，α-syn 与特定的突触前蛋白结合可直接参与神经递质的释放，细胞外增加的α-syn 和tau 蛋白与神经元丢失和磷酸化水平升高有关，最终可导致神经原纤维缠结，其被认为是一种反映突触退行性病变和神经元死亡的生物标志物[18]。本研究也发现，AD 患者脑脊液标志物α-syn 的AUC 为0.795，最佳临界值为465 pg/mL，诊断的灵敏度和特异度分别为74.0%和68.8%，其可用于区分AD 患者与健康者。α-syn 与11C-PIB PET/CT 显像联合诊断的灵敏度均高于两者单独诊断，且与11C-PIB PET/CT的SUVR 呈正相关，与11C-PIB PET/CT 诊断的一致性一般。动物实验结果表明，α-syn 可协同诱导tau 和Aβ 纤维化[19]。也有研究结果表明，α-syn 或可参与谷氨酸能神经元的传递，这可能与AD 患者早期海马的萎缩相关，且α-syn 和tau 蛋白在神经退行性病变方面可能存在协同作用[18]。

综上所述，本研究结果表明，脑脊液生物标志物t-tau/Aβ42 和Aβ42/Aβ40 与11C-PIB PET/CT 联合使用可提高对AD 诊断的准确率。同时，脑脊液标志物α-syn 可能与AD 的病理机制密切相关，可作为潜在的AD 诊断生物标志物。

利益冲突本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及任何利益冲突。

作者贡献声明武晓丹负责资料的选取，数据的分析、论文的撰写与修改；战莹负责数据的统计学分析；郭佳负责图像的处理；陈宇峰负责药物的合成；郝珊瑚负责资料的选取、数据的统计；张国旭负责研究的选题与设计；王治国负责研究的选题与设计、方案的建立、论文的审阅。