体液生物标记物在阿尔茨海默病早期诊断中的作用与评价

曾凡 张吉强 王延江

体液生物标记物在阿尔茨海默病早期诊断中的作用与评价

曾凡*张吉强＊＊王延江*

阿尔茨海默病 生物标记物 早期诊断

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是一种以进行性记忆减退为主要临床表现的常见神经系统退行性疾病，主要病理特征为老年斑(senile plaques，SPs)、神经元丢失、神经元内神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFTs)和淀粉样血管病。现在全球约有两千六百多万AD患者，到本世纪中叶将超过一亿［1］。早期诊断对AD防治尤为关键。临床上AD诊断主要借助病史、神经心理量表和排除其它类型痴呆等方法进行，存在的问题是早期诊断的特异性和灵敏度均不够高。生物标记物可为AD早期诊断提供重要依据，本文就针对近年来AD早期诊断中体液生物标记物的研究进展进行综述。

1 AD早期诊断中的体液生物标记物

生物标记物是一种生化过程的指示物，它可以是一个生化改变、某种遗传特性或者用影像学手段检测出的结构和功能上的变化;其所提供的信息在疾病预测、早期诊断、预后判断、药效评价、病程监测等方面具有重要价值。AD起病早期会经历临床前阶段和轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment，MCI)阶段，并且AD分子病理学改变的出现要比临床症状早数年甚至数十年，因此从早期阶段的改变中筛选合适的生物标记物用于AD的早期诊断具有重要的理论和临床意义。目前研究发现AD或处于MCI阶段的AD(MCI-AD)患者体液(主要是脑脊液和血液)中多种物质的表达水平发生了不同程度的改变。

1.1 β淀粉样肽(am yloidβpeptide，Aβ)与 tau蛋白 Aβ与tau蛋白分别是形成SPs和NFTs的基本成分，也是导致AD的首要原因。其中Aβ主要以Aβ40和Aβ42两种形式存在，后者因比前者多2个疏水性氨基酸而具有更高的聚集能力，且最先在AD患者脑中积聚。Tau蛋白在发生异常磷酸化、糖化或糖基化后极易形成配对螺旋纤维(paired helical filaments，PHFs)，进一步组成NFTs而导致AD。

1.1.1 脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)中的 Aβ 与 tau蛋白CSF中的物质变化可以直观地反映AD的分子病理学改变。大多数研究表明，AD患者CSF内Aβ42水平较正常对照下降了大约50%，但轻度或中度的降低也见于额颞叶痴呆(frontotemporal dementia，FTD)与血管性痴呆(vascular dementia，VaD)，提示Aβ42作为诊断标记物的特异性可能不够高［2－3］。另外有研究发现，Aβ42浓度降低在MCI阶段就已出现，故可用于预测AD［4］。相比之下，AD患者CSF中Aβ40的水平往往不变或仅轻度升高［3］，其单独作为早期诊断标记物的价值不大。研究证实AD或MCI-AD患者CSF内Aβ42/Aβ40比值降低，且可以很好的鉴别AD和非AD型痴呆，弥补了Aβ42单独用于预测和诊断AD特异性低的不足［5］。

还有一些与Aβ有关的标记物如β位点淀粉样蛋白前体蛋白裂解酶 1(β-site amyloid precursor protein-cleaving enzyme 1，BACE1)、Aβ寡聚体等亦有望成为 AD早期诊断的标记物。BACE1是脑内最主要的β－分泌酶，在AD和MCI-AD患者的CSF中其浓度和活性较健康人群明显升高，且BACE1活性与CSF中总 tau 蛋白(total tau proteins，t-tau)水平呈正相关［6］。Montalto等［7］发现AD患者脑中的可溶性Aβ寡聚体的浓度较正常人升高了3～10倍;还有研究者检测出AD患者CSF中β－淀粉样蛋白衍化的弥散性配体(amyloidβ-derived diffusible ligands，ADDLs，即分子量在17～42 kDa的可溶性Aβ寡聚体)的水平高于正常对照，而且以此标准诊断AD较Aβ具有更高的准确性［8］。由于Aβ寡聚体先于SPs出现，故其作为AD早期诊断标记物也有一定的研究价值。

在形成NFTs的早期，tau蛋白和水溶性的磷酸化tau蛋白(phosphorylated tau proteins，p-tau)可以通过病变神经元的细胞膜进入CSF中。研究显示中重度AD患者CSF中t-tau的水平较正常对照明显升高，其机制尚不清楚;并且AD患者CSF中t-tau在痴呆症状出现前就已经增高，可用于AD预测［9］。但由于在AD、克－雅氏症、Lewy体痴呆、FTD患者CSF中t-tau水平均反常增高，故其单独用于AD的诊断缺乏足够的特异性［10］。且t-tau水平升高要比Aβ42水平降低出现得晚，它可能更适合作为神经元损伤或神经退行性变的标记物。

利用质谱和蛋白测序的方法发现AD患者体内的tau蛋白至少有25个异常磷酸化位点，它们中的大部分都未在正常人脑内发现［11］。若干特殊位点的磷酸化更易导致tau蛋白微管结合功能的丧失，如研究较多的181、199、231等。AD患者CSF中ptau的总水平明显增高，以此诊断AD的敏感性和特异性可分别达到85.2%和85.0%［2，12］。进一步研究表明，MCI-AD患者CSF中181位、231位苏氨酸磷酸化的tau蛋白(p-tau 181、p-tau 231)和199位丝氨酸磷酸化的tau蛋白(p-tau 199)的水平均明显升高，p-tau 181、p-tau 199和 p-tau 231分别能很好的鉴别AD与Lewy体痴呆、VaD、FTD，其中以p-tau231预测AD的准确率可达80%［12－13］;然而将三者联合起来并不能进一步提高早期诊断的特异性。但尚不能以此否定联合指标对AD早期诊断的价值。

AD患者CSF中Aβ42水平降低和tau蛋白水平升高并不相互排斥，联合这两个指标应能增加早期诊断的准确性和特异性。研究表明，联合分析CSF中Aβ42和t-tau水平诊断MCI-AD的敏感性和特异性均可达 80%以上［3，14］。Tapiola等［15］的实验表明，利用CSF中p-tau与Aβ42浓度的比值推测病理斑块出现的准确率为90.2%。还有研究发现，MCI-AD患者CSF中Aβ42(或Aβ42/Aβ40)、t-tau和p-tau(如p-tau 181)三个指标的水平显著区别于稳定型MCI(不发展为任何类型的痴呆)患者，结合三者更有助于 AD 的早期诊断［5，16］。

从上述研究成果可以看出，CSF中的Aβ42/Aβ40和p-tau水平这两个指标在AD早期诊断中敏感性和特异性较高，却仍未达到可实际应用的标准，取样方式也存在对人体损伤较大等缺点。虽然目前大多数关于联合Aβ、tau蛋白的生物标记物的研究都支持联合指标对AD诊断和早期诊断的积极意义，但还没有哪种组合可以真正应用于临床。

1.1.2 血液中的Aβ与tau蛋白 临床上血液易于采集，所以针对血液中Aβ与tau蛋白水平也进行了大量研究，但结果并不一致。多数研究表明AD早期阶段血浆Aβ42和Aβ40水平没有明显改变［17］;仅部分研究认为二者有所增高，且Aβ42水平升高意味着该个体更容易发展为AD［2］。另一些研究却显示，AD或MCI-AD患者血浆内Aβ42浓度与Aβ42/Aβ40显著低于其他痴呆、稳定型MCI患者或正常人，这种改变也存在于AD临床前期［18］。国内有研究表明，早期AD患者血浆或血清Aβ42浓度较正常对照显著升高，随着病情加重其浓度逐渐下降，至病程中后期与正常对照无显著差异;血浆内Aβ40浓度与正常对照无显著差异;AD中后期患者血浆内p-tau 181水平显著升高［19］。血液中Aβ与tau蛋白等相关指标能否作为AD早期诊断标记物还需更多研究。

1.1.3 血液中的抗Aβ抗体 有研究者采用抗原－抗体解离技术发现AD患者血清中天然抗Aβ抗体的浓度显著高于正常对照［20－21］;他们还发现AD患者血清内解离前后抗Aβ抗体的改变量(即解离量)可直接反映AD的病程，即AD病程越早解离量越大［21］，也就更容易检测到。因此血中的抗Aβ抗体可能成为一个潜在的生物标记物。

1.2 阿尔茨海默病相关神经丝蛋白(A lzheimer-associated neuronal thread protein，AD7c-NTP)AD7c-NTP是一种在神经元胞体中表达的分子量约41 kDa的跨膜磷蛋白，大量存在于NFTs中，主要与诱发神经炎症及细胞死亡有关，在AD患者脑内表达增高。研究表明，绝大多数可能AD、部分可疑AD和MCI-AD患者尿液中AD7c-NTP的水平升高，且其水平与痴呆的严重程度相关［22］。国内有研究显示，AD7c-NTP在尿中的含量与年龄和性别无关，用于诊断AD的敏感性和特异性都较高;而且与Aβ和tau相关指标相比，AD7c-NTP的变化能在更早阶段检测到，也许更适合作为AD早期诊断的标记物［23］。

1.3 晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs) 流行病学研究发现糖尿病患者较普通人更易患AD，也有学者称AD为Ⅲ型糖尿病，这主要与糖尿病患者体内AGEs的迅速形成和堆积有关。AGEs是一组随着衰老、糖尿病的发展等逐渐积累于循环和组织中的性质各异的分子，具有细胞毒性和加速老化的作用，可以通过免疫组化在AD患者的SPs和NFTs中检测到。一些研究证实AGEs及其受体参与了AD等神经退行性疾病的发病机制［24］，促进AD相关病理的形成，导致神经元死亡，故可作为AD早期诊断的标记物［25］。也有研究表明AD患者血清中AGEs水平低于正常对照［26］。由于此方面的研究还比较少，AGEs参与的病理过程亦较为广泛，其作为AD早期诊断标记物的价值尚需进一步探讨。

1.4 其他体液生物标记物 除上述体液标记物外，有研究表明AD患者CSF中分泌型钙离子依赖的磷脂酶A 2(secretory Ca2+-dependent phospholipase A 2，sPLA 2)的活性和视锥蛋白样蛋白1(visinin-like protein 1，VLP-1)的浓度变化能反映AD的早期病变，可能成为AD的早期诊断标记物［27－28］。有研究者采用蛋白质组学方法检测了正常人、AD和MCI-AD患者以及其他类型痴呆患者血浆内的120种分泌型信号蛋白(secreted signaling proteins)，发现其中18种蛋白(如白介素-1α、3、11，巨噬细胞集落刺激因子等)的浓度在轻中度AD患者体内发生了明显改变;这些蛋白区分AD和非AD个体(包括其他类型痴呆患者和正常人)的准确率约为90%，且在预测MCI-AD患者方面同样有着很好的表现［29－30］。

2 总结与展望

实用的生物标记物应该具备准确性和特异性较高、取材容易、检测方便、可重复性高、经济可靠等特点。综上所述，迄今为止还没有一个可实际应用于AD早期诊断的体液生物标记物。然而目前有关Aβ与tau蛋白的各种标记物的研究已经取得了很大成果，对它们以及AD7c-NTP、AGEs等具有潜力指标的进一步探索必然会对今后新型标记物的发现、早期诊断的逐步完善和对AD病理生理机制认识的不断加深提供线索和帮助。近年来诸如磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技术、正电子发射断层显像术(positron-emission tomography，PET)等影像学手段在诊断和预测AD方面的价值正逐渐被发掘，联合体液标记物与影像学手段共同进行AD的早期诊断亦有着良好的前景。

体液生物标记物为实现AD早期诊断提供了重要依据，但目前的标记物大多数是从已确诊的MCI-AD或AD患者身上研究得出的，它们与研究对象的年龄、基因型(如Apo-ε4携带状态)、所处环境以及健康状态等影响因素之间的关系需要进一步分析，在实际应用之前还有大量工作要做。如何尽可能早而准确地检测到AD的特异性分子病理学改变，应采用哪些标记物、怎样联合才最有效，这些问题都需要更深入的分析和探究。

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☆国家自然科学基金(编号:30973144，30870860);重庆市杰出青年基金(编号:CSTC2010BA5004)

* 第三军医大学大坪医院野战外科研究所神经内科(重庆400042)

E-mail:zhangjqtmmu@yahoo.com)

＊＊第三军医大学神经生物学教研室

R749.1+6 (

2010－09－08)

A (责任编辑:李 立)

·综 述·