阿尔茨海默病早期诊断的脑脊液和血液生物标志物研究

韦春英，莫颖敏

（广西壮族自治区人民医院老年神经内科，广西 南宁 530021）

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是老年期最常见的痴呆，是一种原因未明的神经退行性疾病，其主要表现为进行性加重的记忆障碍、认知功能丧失伴日常生活能力下降及精神行为异常。Aβ 聚集形成老年斑，tau 蛋白过度磷酸化导致神经纤维缠结是其特征性病理变化，神经元退化及其突触功能障碍、胶质细胞活性改变、炎性因子激活、血管内皮功能障碍亦可能参与疾病过程。据报道[1]，估计至2025 年，全球大约每85 个人中出现一个AD 患者。而我国是世界上老年人最多的国家，老年人中AD的发病率呈指数级增长，尤其是＞85 岁的高龄老年人。中晚期AD 患者生活不能自理，需要长期专业陪护，给患者家庭和社会带来沉重的负担，是非常突出的社会问题。虽然AD 至今尚没有根治的特效药物，但是早诊断、早干预、早治疗能在一定程度上缓解病情的进展，因此掌握AD 的临床特征，寻找特异性的生物标志物，对阿尔茨海默病进行早期诊断尤为重要。本文就阿尔茨海默病脑脊液及血液中的生物标志物Aβ 相关的生物标志物、tau 蛋白、脑脊液神经颗粒蛋白、血神经丝蛋白轻链、视锥蛋白1、炎症反应因子TREM2 作一综述。

1 Aβ 相关的生物标志物

AD 的主要病理特征之一是脑内淀粉样斑块沉积，其主要由神经元产生，是含有36～43 个氨基的多肽，来源于淀粉样前体蛋白的裂解产物，当淀粉样前体蛋白的代谢发生异常时，Aβ 生成增多或清除能力下降，均造成其在脑内大量沉积，继而引起胶质细胞炎性反应、线粒体功能障碍，最终导致细胞凋亡，引发认知障碍、行为异常等一系列临床表现[2]。人的体液中目前可以检测到6 种Aβ 亚型，Aβ37～42，其中Aβ42 是形成老年斑的主要成分。传统的观点认为可溶性Aβ 无毒，但是一旦聚集形成淀粉样斑块则导致中枢神经系统退行性改变。研究证实[3，4]，AD患者脑脊液中Aβ42 减少，Aβ42 水平与脑内淀粉样斑块数量之间为负相关。淀粉样斑块被认为是Aβ42 减少的潜在基础。脑脊液Aβ42 与T-tau、Ptau 在AD 的诊断地位已经获得国际公认，可以用于鉴别非AD 所致痴呆以及预测轻度认知障碍（MCI）疾病进程[5]。与脑脊液相比，血液中的Aβ 更容易获得，但是血浆Aβ 来源于周围组织或CSF 中的Aβ通过血脑屏障后到达血液中，故浓度远低于脑脊液中的浓度，且多项实验结果有互相矛盾的地方，不能直观地反映脑内Aβ 的代谢，故目前仍较认可脑脊液中的Aβ42 作为AD 的生物标志物。Aβ40 是Aβ家族中非常重要的一员，是继Aβ42 之后淀粉样蛋白代谢研究中的一个热点，鉴于目前文献有关脑脊液Aβ40 在AD 病理机制中作用意见相左，现认为脑脊液Aβ42/Aβ40 的比例下降比单纯测定脑脊液Aβ42 对AD 老年斑的形成预测更加准确，与PET成像一致性更高。鉴于脑脊液取材受限于腰椎穿刺的有创性，血Aβ40 及Aβ42/Aβ40 的比例也是研究焦点之一[6]，但目前尚未取得突破性进展。

2 tau 蛋白

tau 蛋白是神经元轴索蛋白主要成分，其基因定位于第17 号染色体。正常人体内tau 蛋白的通过保持磷酸化与去磷酸化的平衡来维持微管的稳定，稳定神经元细胞[7]。但AD 患者脑组织磷酸化与去磷酸化的平衡被打破，产生了过多的磷酸化tau 蛋白，在脑组织中形成双螺旋丝即神经纤维缠结（NFTs)，促使神经元变性。tau 蛋白磷酸化后导致其与微管的亲和力下降，微管稳定性下降，同时脑组织内NFTs 不断增多，进一步引起轴索信号传递失灵、神经元细胞退化，从而导致认知障碍的临床表现。脑脊液tau 蛋白检测包括总tau 蛋白（T-tau）和磷酸化tau 蛋白（P-tau），其中P-tau 增多可导致脑内NFTs 增多。NFTs 的主要成分为P-tau 及其聚合物，研究表明[8]，AD 及AD 前期患者脑脊液中T-tau、P-tau 均明显升高，脑脊液中P-tau 不仅提示轴突破坏和神经元变性，其与AD 的病理过程更为密切，因此，AD 患者脑脊液中P-tau 浓度升高比T-tau 升高具有更高的特异性，可以反映AD 患者脑内NFTs 的负荷，在AD 的早期诊断中更具有价值，同时P-tau 也是AD的核心生物标志物。由于磷酸化位点不同，目前文献报道的P-tau 主要有P-tau181、P-tau231、Ptau199 以及P-tau235 等，在MCI 患者脑脊液中高浓度P-tau 与认知功能下降以及向AD 转化密切相关，是MCI 向AD 转化的一个精准生物标志物，可以用于鉴别AD 和非AD 所致的痴呆患者[9，10]。Olsson B 等[11]研究发现，血浆T-tau 与AD 有一定的关联性，但在MCI 组与对照组间没有差别；另有纵向研究表明[12]，高血浆T-tau 意味着智能下降更迅速。因此，血浆T-tau 在AD 的诊断价值尚需要更多的研究证实。

3 脑脊液神经颗粒蛋白

神经颗粒蛋白（Ng)是一种表达于皮层和海马兴奋性神经元的树突蛋白，在突触可塑性过程具有关键作用，并可诱导海马的长期潜伏（LTP)。研究表明[13，14]，AD 患者脑脊液中Ng 的升高可提示该患者突触功能紊乱和神经元退行性变。突触功能障碍亦是已经证实的AD 的病理机制之一，有研究表明[15]，Ng 对AD 的诊断可能具有更高的特异性。目前在其它导致痴呆的神经退行性变疾病如额颞叶痴呆、路易体痴呆中尚未发现其升高，可以用于鉴别诊断AD 和其他类型变性痴呆。

4 血神经丝蛋白轻链

神经丝蛋白（NF）是构成神经细胞轴突起骨架作用的中间丝蛋白，其位于神经细胞轴突中，作为骨架成分之一参与轴突的纤维系统组成，其作用是稳定轴突的形态，保持其直径及维持其稳定的传导速度，并在神经细胞分化、轴突生长及再生过程中发挥作用。NF 包括神经丝蛋白轻链（NfL）、神经丝蛋白中链（NfM）、神经丝蛋白重链（NfH）、α-互联蛋白（αinternexin）四种亚结构，其中NfL 虽然分子量最小，但其功能却最重要，因为它是4 种亚结构蛋白中唯一可以完成功能性纤维自我组装的神经丝蛋白。神经丝蛋白只表达于神经细胞，在轴索的生长、结构稳定以及电冲动的传递中具有非常重要的作用，当轴突损伤时，NfL 释放到脑脊液，并最终进入血液[16]。有研究提示[17]，血NfL 可能在突触功能维持中具有重要的作用。目前已经证实AD 及MCI 患者脑脊液NfL 明显升高，并且升高程度与认知的损害及痴呆患者生存期缩短密切相关[18]。随着检验技术的不断发展，现认为NfL 在血中浓度与脑脊液中的浓度密切相关，因脑脊液取材受限，因此推荐血NfL 作为AD 的生物学标志物。目前血NfL 的检测使用Simoa方法，较传统的ELISA 或电化学发光免疫测定灵敏度极大提高。Weston PSJ 等[19]研究发现，AD 患者血及携带AD 相关基因的MCI 患者血NfL 明显升高，并与认知障碍及脑萎缩密切相关。血NfL 因其简单、无创、可重复性、价格合理，目前已经被推荐作为AD诊断及病情监测的血液生物标志物，但NfL 检测开展时间尚短暂，在AD 病程中NfL 变化规律及临床意义仍有待进一步发现。

5 视锥蛋白1

视锥蛋白1（VILIP-1）是一种在突触可塑性相关的Ca2+通道蛋白，参与突触重塑相关信号传递，Ca2+稳定状态的变化，可导致含有VILIP-1 的神经元损坏，从而引起脑脊液中VILIP-1 浓度增加。已经有多项研究表明[20，21]，AD 患者脑脊液VILIP-1 较对照组明显升高，与T-tau、P-tau 变化同步，故被推荐作为神经退行性变疾病的生物标志物之一。有研究发现[22]，脑脊液VILIP-1 在Aβ42 阳性的AD 及MCI患者比Aβ42 阴性的MCI 患者或正常对照组明显升高。目前仅有少数研究同步检测血浆视锥蛋白1，其中有研究提示[23]，AD 患者血浆视锥蛋白1 较正常对照明显升高，但血浆VILIP-1 在AD 中的诊断价值仍需进一步明确。AD 患者脑内存在蛋白质的异常沉积、神经元损伤及凋亡、胶质细胞增生等病理改变，目前认为NfL 及VILIP-1 均为神经退行性疾病相关标志物，在AD 的诊断及病情评估具有较广泛前景。

6 炎症反应因子TREM2

炎症反应因子TREM2 是目前正在研究的AD相关炎症反应因子。TREM2 广泛表达于中枢神经系统小胶质细胞等髓样细胞的感受器，具有调节髓样细胞数量、吞噬作用以及介导炎症反应等功能。研究表明[24]，TREM2 在AD 患者脑内是失调的，早期可能通过吞噬细胞的胞吞作用清除Aβ 斑块从而起保护作用，而晚期因为炎症反应激活导致加速AD 病程。脑脊液中可以检测到是水溶性TREM2，即sTREM2。已经有多个研究发现[25，26]，AD 及MCI 患者sTREM2 较对照组轻度升高。也有研究提示[24]，AD脑脊液sTREM2 无明显升高，故TREM2 在AD 诊断中意义有待进一步明确。

7 总结

虽然近年来AD 脑脊液及血液生物标志物取得了长足进展，其中脑脊液Aβ42、T-tau、P-tau 是研究最多且最成熟的AD 生物学标志物，在AD 的诊断价值得到广泛认可，但脑脊液Aβ42、T-tau、P-tau 等标志物在其他引起痴呆的疾病中亦有不同程度改变，且受取材方式等因素限制，其在临床实际工作中应用受限。此外，血NfL、脑脊液神经颗粒蛋白等新的标志物也被证实与AD 密切相关，但因AD 发病机制复杂，单一的标志物难以完全反映AD 的全部病理过程，仍需进一步观察各生物标志物在AD 诊断及疾病评估中的作用。相信随着检验技术的发展，AD 血液生物标志物研究也将不断更新，为AD 的早期诊断提供参考。