阿尔茨海默病视网膜相关生物标记的研究进展

石中永，竺映波，帅瑜，申远

·综述·

阿尔茨海默病视网膜相关生物标记的研究进展

石中永，竺映波，帅瑜，申远

对阿尔茨海默病(AD)视网膜相关的新型生物标记的研究进行综述。

阿尔茨海默病； 视网膜； 生物标记

阿尔茨海默病(AD)是老年期痴呆最常见的类型，其引起的神经、精神以及行为障碍给社会和家庭带来巨大负担[1]。然而，AD起病隐匿且早期诊断困难，一旦进入临床期痴呆后缺乏有效的针对性治疗[2]。因此，建立敏感高效的早期生物标记，对于延缓或逆转AD至关重要。众所周知，视网膜与中枢神经系统在胚胎发育和解剖生理上具有同源性，也是唯一可通过肉眼观察到的部位[3]。基于此，本综述对AD患者视网膜相关异常进行总结，以探索更为无创、经济、快捷的新型生物标记。

1 经典AD生物学标记

AD的主要神经病理特征表现为β淀粉样斑块(Aβ)异常沉积、神经元胞体内tau蛋白过度磷酸化及其神经纤维缠结(NFTs)形成，协同诱发了神经胶质炎性反应、突触功能异常和神经细胞消失，最终造成大脑萎缩、神经组织结构和功能的破坏。美国国家老化研究所和AD学会于2011年对AD诊断标准进行了修订[4]，认为AD生物标记主要分为两类：一类是脑内Aβ沉积相关的生物标记，如脑脊液中Aβ42水平下降以及正电子发射计算机断层扫描(PET)显示的淀粉样斑块沉积；另一类是下游神经元变性或受损相关的生物标记，如tau蛋白过度磷酸化及NFTs形成；PET显示颞顶叶皮质F18-脱氧核糖葡萄糖正电子扫描摄取下降；磁共振成像(MRI)显示海马等结构萎缩。然而，上述经典AD生物标记均不满足“适用于常规临床检验”(可重复、无创、经济)的要求，妨碍其在常规临床中的推广和应用。

2 AD视网膜相关的新型生物标记

AD患者在疾病早期常主诉视觉功能障碍。研究表明，AD患者视觉异常与视皮质神经元变性有关，并且视皮质在疾病早期即出现老年斑(SPs)和NFTs，甚至早于海马[5]。同时，AD患者的视网膜也出现相应的组织病理改变，如Aβ和磷酸化tau蛋白沉积，并伴随视网膜神经节细胞丢失、轴突损伤，及其引起的视网膜、视神经纤维层(RNFL)结构退变、以及视网膜微循环系统异常等[6]。AD患者视觉功能障碍不仅归咎于初级视觉皮质的病理改变，也可能与视觉通路如视网膜、视神经等组织的异常有关。

2.1 视网膜分子生物学的变化

AD视网膜异常与中枢神经系统的病理改变在分子水平密切相关。AD患者尸检发现视网膜SPs和NFTs显著沉积[7]。近年来一系列动物实验也提示AD转基因小鼠视网膜也发生类似的病理改变：淀粉样前体蛋白和纤维化Aβ水平在AD转基因小鼠6层神经视网膜中均有一定程度的变化[8]；含P301 S tau突变的转基因小鼠模型中，tau蛋白过度磷酸化并在RNFL沉积，干扰轴突转运并导致神经节细胞变性[9]。由于Aβ和tau在视觉皮质和神经视网膜均存在，很难区分AD患者视觉功能障碍究竟是痴呆早期阶段的一个原发性症状，还是疾病进展到一定程度所致的继发性结果。Koronyo-Hamaoui等[7]开展了一项较为全面的研究，不仅对AD患者进行尸检以证实视网膜存在Aβ沉积，同时也建立AD动物模型进行验证:以姜黄素标记AD小鼠眼底Aβ淀粉样斑块并采用活体成像手段定量分析，发现Aβ在视网膜神经节细胞的沉积要早于颅内。这一发现具有重大意义，提示检测视网膜Aβ沉积是AD早期诊断的有效手段。

然而，视网膜分子生物学检测受以下两方面限制：一方面，目前痴呆在分子水平研究多局限于尸检调查和动物实验，视网膜PET成像或视网膜组织学检查较大脑PET成像或脑脊液检测更加难以在临床开展；另一方面，视网膜Aβ或tau蛋白沉积并非AD患者的特异性病理标志，有研究[10]提示青光眼患者也可在视网膜检测到SPs和NFTs，并以类似于AD的方式触发视网膜神经节细胞凋亡，导致相应的临床症状。因此，探索更方便、经济的分子检测技术，以及有效辨别AD和其他伴有类似病理改变的视觉相关疾病，仍是视网膜分子生物学改变作为AD生物标记所面临的重大挑战。

2.2 视网膜组织形态异常

早在1986年，Hinton等首次报道了AD视网膜组织结构的异常，主要表现为视神经乳头变薄、视网膜神经节细胞丢失等。此后，各种活体光学成像手段如眼底摄影技术、扫描激光偏振仪，以及光学相干断层扫描仪(OCT)等被广泛应用于神经退行性疾病的研究领域。其中，OCT作为一种无创、高效的眼部活组织检查手段，可清晰识别视网膜、RNFL、黄斑及视盘等结构，不失为探索和监测早期AD生物标记一种有效、经济的手段。

2.2.1 RNFL RNFL是反映视网膜病理生理特征的重要结构，由视神经节细胞的轴突汇聚而成，从视盘开始依次形成视神经、视交叉和视束，最终经视神经管进入颅内。因此，RNFL变薄可在一定程度上反映视神经轴突的丢失，从而为临床提供一个洞察中枢神经系统的“窗口”。

国外采用OCT测量RNFL厚度对AD进行早期诊断已有20多年历史，但各个象限RNFL厚度的变化规律，目前研究结果还不一致。Kirbas等[11]研究提示AD患者上象限RNFL厚度变薄，国内一系列研究也支持上述观点[12-13]；Lu等[14]研究则表明AD患者RNFL厚度在上象限和下象限均变薄，失去“双峰分布特征”。2015年两项Meta分析[15-16]结果均表明，AD或轻度认知功能障碍(MCI)患者平均RNFL厚度与正常老人相比均显示变薄的趋势。考虑到各研究纳入的受试者痴呆严重程度可能不同，一项横断面研究[17]同时纳入了MCI患者以及轻、中、重度AD患者，并分别与认知功能正常者各象限RNFL厚度进行对比，发现MCI和轻度AD患者上象限RNFL均比对照组薄，只有重度AD患者下象限RNFL变薄明显。由此说明，AD患者在早期可能选择性损害上象限RNFL，然后逐渐累及下象限RNFL，随病情进一步加重则损害所有象限视神经纤维层。

尽管大量研究都发现AD患者视网膜发生退行性改变，但仍有研究并不支持该结论。Kergoat等[18]采用扫描激光偏振仪测量RNFL厚度，发现轻中度AD患者与正常对照组相比，RNFL厚度没有明显差异，并认为AD患者RNFL厚度至少在疾病早期并没有受到影响。这可能是由于检查者之间一致性差或仪器的精确度不同所致的偏倚。相比之下，OCT这一检测方式便于重复操作，且精确、便捷，有望成为早期诊断AD的辅助工具。

2.2.2 黄斑 AD患者黄斑的相关研究近年来受到越来越多的关注。黄斑区是人眼视力最敏锐的地方，由大量神经元的胞体和胶质细胞构成，对于黄斑厚度或容积的量化能够反映视网膜神经元的丢失。早期的组织病理学研究[19]表明，AD患者中心视网膜神经节细胞较正常人减少25%，在黄斑中央凹处则达到了43%。临床研究[20]也发现AD患者黄斑厚度及容积较正常对照组均有减小的趋势，并且能够有效预测早期AD，其敏感性和特异性分别为85%和80%。而另有一项研究[21]却表明MCI患者黄斑容积比正常者大；可能是由于在视网膜退变的早期阶段，中央凹胶质细胞过度激活、神经元水肿即气球样神经元；这恰好也是AD等神经退行性疾病在早期阶段典型的病理标志[22]。因此，黄斑厚度或容积的变化对于AD的早期诊断具有一定的参考价值。

2.2.3 视盘参数 视盘即视神经乳头，是视网膜上视神经纤维汇集穿出眼球的部位，也是视神经的始端。既往研究[23]发现，AD患者视神经节细胞的轴突数量减少，杯盘面积比增加，几乎是正常人群的3倍。近几年，关于AD患者基视盘参数的研究[24]有较为一致的观点：AD患者在疾病早期即表现杯盘面积比增大、盘沿面积变窄等特征，与视神经纤维变薄相对应，且与痴呆患者的病情进展相关联。目前，国内外关于AD视盘参数的研究并不多，且缺乏MCI患者视盘参数的临床研究。因此，基于OCT的视盘参数检测是否能够辅助AD的早期诊断，还有待进一步探索。

2.2.4 视网膜、视神经退变与痴呆的关系 AD患者视网膜和视神经与痴呆的严重程度及认知功能损害的关系仍不明确。临床研究中常采用简易精神状态检查(MMSE)或临床痴呆评定量表等工具来评价痴呆严重程度。研究显示RNFL厚度、黄斑容积与痴呆严重程度正相关，并随病情的进展而变薄[25]；但也有研究发现RNFL厚度与痴呆严重程度无关[26]。可能的原因：RNFL厚度在疾病不同阶段的退变规律不同；痴呆评估工具不同，如MMSE只是作为总体认知状态的筛查手段，难以精确反映AD特征性的认知域损害。

近年来，申远课题组首次在社区人群开展了前瞻性队列研究，采用重复成套神经心理状态测验作为认知功能评估工具，纵向观察RNFL随时间变化的规律，并探索其与多项认知域的相关性。经过25个月的随访发现，下象限RNFL厚度变薄更为明显，认知功能下降以情节记忆更为突出[27]；联合下象限RNFL厚度和情节记忆可有效预测认知功能的变化[28]。因此，纵向观察视神经纤维、黄斑等结构的变化，对探索视网膜组织形态改变与AD认知功能转化的关系至关重要。

综上可知，AD患者确实存在一系列视网膜相关的形态结构改变，但随着OCT等先进的光学成像技术在神经退行性疾病领域中的广泛应用，视网膜形态结构的异常改变并非AD所特有的生物标记，比如不同类型痴呆[25]、青光眼[29]等也存在类似于AD的视网膜退变。所以，建立一个同时具有良好的敏感性和特异性的AD视网膜生物标记依然是众多学者研究的焦点问题。

2.3 视网膜血管改变

近年来，AD微血管病因学说逐渐引起众多学者的关注。AD早期阶段即出现大脑微循环障碍，动态监测MCI患者脑血流量的改变可预测其是否进展为AD[30]。视网膜与大脑的微血管系统在解剖和生理方面存在很多共性，比如眼底和大脑都存在相应的血-组织屏障、自动调节能力等，视网膜微循环系统异常可能在一定程度上反映脑血管循环系统的病理生理改变。

AD视网膜血管形态异常，具体表现为静脉管径狭窄、微血管密度减少、动静脉分形维度减少、动静脉曲度增加。Feke等[31]研究发现，MCI患者视网膜血流量减少较血管结构改变更为敏感，甚至早于RNFL退变。因此，视网膜血流量异常为探索AD早期生物标记提供了线索，未来研究需开展基于人群的大样本队列研究，以进一步探索视网膜血流量异常与AD病情进展的关系。

2.4 视觉功能异常 近年来，一系列以无创为理念的心理物理测试被广泛用于AD的早期筛查和辅助诊断，其中针对视觉功能的检查主要包括神经心理测验和电生理检测。

2.4.1 神经心理测验 视觉功能障碍是AD患者常见的早期症状，具体表现为视敏度、对比敏感度、颜色识别、以及深度和运动知觉等缺损[32]，每一项视觉功能异常都可以通过相应的神经心理测验进行量化评估。但是，针对视觉功能的测验在临床应用方面存在以下局限：测试结果的信效度很大程度上依赖于患者对指导语的理解与遵从；难以排除白内障、青光眼、近视等眼部本身疾病的干扰；测试过程中潜在的混杂因素较多。

2.4.2 电生理检测 AD患者对视觉刺激的生物电反应出现异常，可通过电生理技术进行相对客观的检测。临床常用的方法有视网膜电图(ERG)，如全视野ERG、图形ERG和多聚焦ERG；视觉诱发电位(VEPs)，如闪光-VEP、图形-VEP、运动-VEP；以及眼动描记法(EOG)。目前较为一致的发现[33]为AD患者在闪光VEP检测中，P2峰值时间延迟。但电生理相关的检测手段常需要患者具有良好的配合度，如固定姿势、集中注意等，同样也受到其他眼部疾病的干扰。因此，针对AD患者视觉功能异常，开发有效的神经心理或电生理检测指标，提高评估过程的客观性、敏感性和特异性，是视觉功能异常作为AD早期生物标记亟待解决的问题。

3 总结

本文从分子生物学水平，到组织形态改变、微循环系统异常及其所致的视觉损害方面，对AD相关的视网膜病变进行了综述。监测AD患者视网膜分子、解剖、生理以及功能方面的改变，对开发无创、快捷、高效的新型AD生物标记具有重大的临床价值。

AD患者视网膜分子水平的变化为其视觉通路异常提供了病理依据；基于OCT的RNFL、黄斑、视盘相关参数，以及激光多普勒血流仪检测的视网膜血流量、微循环脉管系统异常是一个探索AD新型生物标记的窗口；对AD患者视觉功能障碍的神经心理测试和电生理检测手段也进一步为“以眼观脑”的设想提供了可能性。然而，通过上述手段早期识别AD仍面临以下挑战：①既往研究多为横断面的病例-对照研究，且样本含量较少，缺乏统一的方法学标准，故仍需大样本队列研究以动态监测视网膜标记物的变化规律及其与痴呆进展的关系；②各种可能的视网膜生物标记是否与经典生物标记(脑脊液Aβ、tau水平或MRI海马体积)等效还是一个未知数，未来研究需进一步在临床病例和AD动物模型中验证其相关性以及行相应的神经病理改变机制，并探索不同生物标记出现的时间窗，最终联合多项指标建立一个多模态的AD早期诊断模型；③在应用视网膜相关的生物标记筛查或早期诊断AD时，如何有效鉴别是AD病理所致还是眼部疾病导致的视觉通路异常，并提高视网膜相关生物标记的敏感性和特异性，仍然是最关键的问题。

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国家自然基金项目(81571034)；上海市科委国际合作项目(16410724500)

200072 上海，同济大学附属上海市第十人民医院精神心理科

申远，E-Mail:kmshy@sina.com

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1005-3220(2017)03-0206-04

2015-12-01

2017-01-18)