诊断阿尔茨海默病潜在生物标志物的研究进展

2019-02-12 13:48:26王思翔曾红梅李扬娜卢晓庆王超
实用医学杂志 2019年7期
关键词:脑脊液标志物细胞因子

王思翔 曾红梅 李扬娜 卢晓庆 王超

南昌大学第二附属医院神经内科(南昌330000)

从1906年Alois Alzheimer第一次对阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)病例进行报道[1],经过几十年的研究,人们发现AD的发病机制与β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积、tau蛋白神经纤维缠结、神经炎性机制学说、神经血管受损学说、氧化应激等密切相关,研究得到众多的潜在的AD相关生物标志物。美国老龄化研究所-阿尔茨海默病协会(National Institute on Aging-Alzheimer′s Association,NIAAA)及国际工作组(International Working Group,IWG)相继分别于2011、2014年提出新改进的AD诊断指南。明确提出了将核心生物标记物——脑脊液(cerebrospinal fluid,CSF)Aβ42减低、CSF tau蛋白升高、PET影像显示淀粉样蛋白沉积、AD易感基因突变用于AD疾病的分期分型[2-4]。本文则从AD的病理生理过程进行系统论述,探讨除核心生物标记物(淀粉样蛋白、tau蛋白沉积)外,还有哪些潜在生物标志物可能用于未来明确AD诊断。

1 影响轴突、突触相关功能的生物标志物

1.1 神经丝蛋白(neurofilament light,NFL)AD的标志神经病理学标志物是Aβ积累和神经纤维缠结。NFL是神经纤维缠结中广泛磷酸化的神经纤维丝组成单元[5],也是神经细胞骨架的支架蛋白,在轴突和树突的生长和分支中具有重要的功能[6]。脑脊液中NFL浓度升高常见于AD、肌萎缩侧索硬化、帕金森综合征、多发性硬化、神经轴索损害等疾病中。有系统分析纳入9个研究,比较AD人群和正常对照组CSF中NFL浓度差异,显示两组CSF中NFL浓度比2.35(95%CI:1.90 ~ 2.91,P< 0.000 1)[7],提示该生物标志物是区分两组人群较好的指标。

1.2 类视锥蛋白(visinin-like protein-1,VLP-1)AD发病机制与Ca2+信号通路异常密切相关。VLP-1蛋白作为神经元钙感应蛋白家族之一,影响着突触可塑性的细胞内神经元信号通路,如环核苷酸级联和烟碱能信号。同时也参与影响细胞内钙稳态的紊乱致使神经元损伤有关。这些发现证实了VLP-1可作为标记神经损伤的生物标志物[7-8]。研究[9]表明,联合CSF VLP-1/Aβ42和VLP-1/p-tau231比例在用于鉴别AD与正常对照组的结果显示:其敏感性为83%,特异性为70%,比值越高者其简易智能精神状态检查量表(Mini-Mental State Examination,MMSE)得分越低,可用于预测AD的预后。

1.3 海马神经颗粒素(neurogranin,Ng)Ng是一种神经特异性突触后蛋白,在海马和基底前脑的树突棘上,Ng与钙调蛋白结合以调节钙离子的进出激活突触或者通过N-甲基-D-天冬氨酸抑制突触的活动[10]。高浓度的脑脊液Ng与快速认知功能减退、皮质葡萄糖代谢减少、海马体积的下降密切相关[11]。

1.4 脑脊液α-突触核蛋白AD临床表现多样性的原因是病理上路易小体的形成,在50%的AD患者病理中可见。该病理在帕金森病、路易体痴呆等疾病中也有出现[12]。α-突触核蛋白是路易小体的主要组成部分。最近一项研究[13]发现在轻度认知功能障碍(MCI)、AD患者中α-突触核蛋白与t-tau有较强的相关性,还发现异常的关系,即CSF p-tau升高伴随CSF α-突触核蛋白下降。提示联合该生物标志物异常匹配关系可用于诊断AD及预测纵向认知变化[14]。

2 参与淀粉样蛋白沉积过程的生物标志物

2.1 β-位点的淀粉样前体蛋白(APP)裂解酶1(BACE1)BACE1作为裂解APP产生多种不同亚型的可溶性Aβ蛋白,聚合成不可溶解的寡聚体Aβ淀粉样蛋白沉积在脑组织中,寡聚体Aβ抑制海马的长时程突触增强(用于突触可塑性和学习过程)[15-16]。一项1年纵向随访研究,显示CSF Ng/BACE1的比值与MMSE评分年下降率显著相关,可用于预测MCI转化为AD的可能。

2.2 可溶性寡聚体Aβ淀粉样蛋白脑组织间液中可溶性单体Aβ聚合成可溶性Aβ寡聚物,在再神经元细胞胞吞胞内形成不溶性淀粉样蛋白沉积,即神经炎性斑[17]。有研究[18]通过拮抗Aβ寡聚物神经元结合受体Sigma-2/PGRMC1,阻断Aβ寡聚体对神经元突触的毒性作用和认知功能的损害,其研究发现的结合率下降超过90%以上。

3 神经炎症反应及氧化应激标志物

神经炎症反应是AD的主要病理特征之一,淀粉样蛋白沉积激活了不同的细胞受体和细胞内信号通路,促使星形胶质细胞转录生成炎性的细胞因子、活性氧和活性氮,影响细胞内钙水平、NADPH氧化酶(NOX)、NF-κB通路、谷氨酸摄取(增加兴奋毒性的风险)和线粒体功能[19]。还发现来自外周免疫系统炎症相关介质通过有缺陷的血脑屏障(blood brain barrier,BBB)进入中枢神经系统,在神经组织中聚集免疫细胞,加剧神经炎症反应[20]。

3.1 脑脊液神经胶质活化蛋白(YKL-40)YKL-40是一种由各种细胞类型分泌的糖蛋白,包括炎细胞(中性粒细胞、巨噬细胞)、某些结缔组织和特殊癌细胞[21-24]。临床上发现YKL-40与许多疾病相关,如神经退行性疾病、癌症、心血管疾病和炎性疾病,如肝纤维化、COPD和免疫性疾病[25-27]。有研究纵向随访MCI、AD人群,显示该组人群CSF YKL-40较CSF VLP-1基线水平更高[28]。但对血浆中YKL-40荟萃分析示AD组与正常对照组(normal control,NC组)人群差异无统计学意义[7]。

3.2 单核细胞趋化因子蛋白(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)MCP-1是第一个被发现的炎性活性最强的小蛋白质家族[29]。一项针对AD及MCI两组人群血浆MCP-1的纵向研究[30]显示高浓度水平与快速认知能力下降有关。有研究组发现[31]CSF中MCP-1浓度升高与AD患者双侧额叶和颞叶、顶叶萎缩相关。

3.3 细胞因子在AD进展的过程中,越来越多研究证据表明星形胶质细胞和小胶质细胞参与血浆、CSF中的某些细胞因子生成,作用于神经炎症反应[32-33]。目前有关脑脊液中的细胞因子的研究少,大多研究关注于在外周血中寻找AD相关的炎性标志物。系统分析比较MCI和AD人群血液或脑脊液细胞因子和调节信号传导有关的蛋白的水平,发现研究最多的10种细胞因子生物标志物是:TNF-α;TNF受体;CD40及配体;IL-1β、6、18、CCL2/MCP-1等,但各研究组之间得出相互矛盾的结果[34-36]。各研究组的研究结果不一,说明需要进一步进行标准化样本收集、处理和分析检测,明确诊断可能。

3.4 肿瘤坏死因子转化酶(TNF-α converting enzyme,TACE)TNF-α作为一种主要的炎性细胞因子,其通过TNF-α/TNF/死亡域TRADD/NF-κ、JNK级联通路,诱导神经元死亡[37]。而TACE通过解除TNFR与TNF-α结合状态,使死亡级联信号传导停止[38]。因此,在AD炎症早期过程中,其可能可以作为潜在的标志物用于诊断AD疾病及预测疾病进展。

3.5 其他潜在的炎性生物标志物许多工作组研究发现:可溶性白细胞介素-6受体复合物(sIL-6RC)、急性期蛋白α2-巨球蛋白(A2M)、双链RNA依赖蛋白激酶(PKR)、急性期蛋白α2-巨球蛋白(A2M)等炎性作用因子参与促大脑神经炎症过程、错误神经纤维折叠、聚集淀粉蛋白沉积[39-41],也是未来可能用于炎症免疫调节治疗AD及为诊断提供依据可能。

4 与神经血管功能损害相关标志物

4.1 BBB破坏标志物——脑脊液/血浆中白蛋白比率(即白蛋白商Qalb)早期研究通过白蛋白商Qalb了解AD人群BBB破坏情况,Qalb升高,尤其在有血管危险因素的AD患者中更为明显[42-43]。也有其他研究组发现Qalb在所有类型的痴呆症(AD、VAD、AD的其他亚型)中都升高,这表明BBB功能障碍是任何痴呆疾病过程中的早期事件[44]。

4.2 神经血管单元(neurovascular unit,NVU)受损生物标志物NVU是维持大脑微环境的特殊细胞网络。AD影响NVU细胞类型包括脑血管细胞(内皮细胞、周细胞、血管平滑肌细胞)、胶质细胞(星形胶质细胞和小胶质细胞)。在维持BBB、调节脑血流、促进免疫监视等方面发挥作用[45-46]。因此,识别和整合有关NVU细胞特异性反应和损伤的生物标志物,从而明确AD疾病相关的生物标志物,也是将来的研究方向。研究发现AD患者脑毛细血管内皮细胞葡萄糖转运蛋白呈低表达水平[47]。通过FDG-PET研究也证实了MCI、AD患者摄入的葡萄糖较少[48]。也有研究小组发现存在于BBB转运蛋白表达异常:如有促进外周Aβ流入脑实质组织中参与AD病理高级糖化末端产物的受体(RAGE)表达增加,参与Aβ蛋白转出脑组织及清除过程脂蛋白受体相关蛋白(LRP)和p-糖蛋白(P-GP)、胆固醇转运体(Abca1)水平降低[49-50]。

5 展望及挑战

目前已经研究得到众多的潜在的AD相关生物标志物,但这些潜在的生物标志物大多处于个别研究,其结果表现差异很大,缺少综合的Meta分析评估其诊断性能[7]。只有少数的生物标志物通过尸检神经病理证实,大多数生物标志物反映的是潜在的AD发病机制及病理生理过程,也就是初步性质的。结合目前国内外的指南共识明确诊断AD需要昂贵的影像学或有创操作方式,加之随着国内老龄化形势严峻,因此,迫切要求研究者能找寻到新型的潜在生物标志物,以期望能简单易行地用于临床诊治过程[51-53]。

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