阿尔茨海默病外周血标记物的研究进展

林剑楠综述, 马 强审校

阿尔茨海默氏病(AD)是神经退行性疾病中最常见的一种不可逆疾病,临床特点是多个认知领域障碍、记忆力尤甚，对个人的日常生活和社会医疗系统产生恶性影响。世界人口老龄化的增加，导致AD的发病率显著增加，影响着全世界超过10%的65岁以上的人口[1]。尽管全球范围内专家为此做出了相当大的努力，但AD患者的诊断还是只能在临床出现症状并基于神经心理测试和神经影像学检查后。2011年美国NIA-AA诊断指南，明确指出将AD作为一个连续阶段的过程，包括MCI在内,并且分为3个阶段，痴呆阶段、痴呆前临床有症状阶段和临床前无症状阶段。该指南还将生物标志物纳入AD诊断标准中，生物标记物开始在阿尔茨海默病的诊断、治疗以及病程风险评估中发挥着重要的作用。脑脊液中的生物标记物与阿尔茨海默病已有明确相关性，但有创、患者接受性差阻碍脑脊液标记物在疾病早期筛查工作的进展。近些年，外周血易获得、接受性高、费用低成为研究热点，大量潜在生物标记物被发现。

1 外周血中蛋白生物标记物研究进展

1.1 Aβ低聚物、Tau蛋白 淀粉样蛋白假说目前是阿尔茨海默病的主流致病机制，它有3种存在形式：单体、低聚物以及纤维形态。越来越多的证据表明，低分子量Aβ低聚物(oAβ)和原纤维会刺激幼稚Aβ蛋白的聚集，产生神经毒性，引起蛋白的异常折叠，并且还与认知能力下降有关[2]。Aβ低聚蛋白是最具有毒性的蛋白，沉积于神经元外周，24 h引起神经元内蛋白质组的变化，引起与神经元内疾病相关蛋白质组的上调与下调以及翻译后的修饰，间接损伤微管相关蛋白tau蛋白，损伤神经元，慢慢死亡。Aβ低聚物被认为是AD病理学中最相关的聚集体[3]。血浆低聚Aβ可能是用于AD诊断的简单的基于血液的生物标记。

tau磷酸化的稳态主要由酪蛋白激酶(CK)和糖原合酶激酶3(GSK3)等激酶和蛋白磷酸酶家族(PP)的精细调节。在AD患者中，CK1ε和GSK3β增加，而PP2A和PP5减少，导致tau的过度磷酸化[4]。Tau 蛋白磷酸化位点的不同，对阿尔茨海默病诊断的灵敏度和特异度也不同。最新研究发现，大脑中淀粉样蛋白的沉积和tau蛋白缠结并不是同时出现的，但是血液中tau蛋白的水平与大脑中淀粉样蛋白沉积和tau蛋白缠结都同时出现有着明显相关性,且p-tau比T-tau具有更高特异性。一项血液tau蛋白检测发现，在区分AD和其他退行性疾病方面的准确性p-tau217高于p-tau181，准确性能够达到89%～98%[5]。在进行AD诊断时,p-tau217的准确性明显高于神经纤维蛋白轻链以及淀粉样蛋白的血液检测的准确性,也高于MRI 成像的检测。准确性相当于脑内的PET tau蛋白扫描和脑脊液中淀粉样蛋白和tau蛋白生物标记物的检测结果。另外两项试验也证明了p-tau217具有作为AD特意生物标志物的潜力[6]。血浆中的NT1 tau是AD的另一种特殊标志物，在疾病早期升高，可能被证明可用于进行第一轮筛查，以识别有罹患AD危险的个体[7]。

1.2 神经丝轻链蛋白 神经丝轻链蛋白(Nfl)是神经元轴突中的特异性分子蛋白，是神经元细胞骨架的组成部分，主要在胞体和突起中负责轴浆运输，维持轴突直径的神经传导速度调节,以及维持神经元的正常形态。Nfl的异常表达会引起多种疾病的发生，Nfl是神经元及轴突损伤的标记物[8]。突触功能障碍发生在神经元细胞死亡之前很久，而且经常在错误折叠的蛋白质可检测到沉积之前发生。在这些过程中，Nfl重新释放到细胞外，并释放到体液中，例如脑脊液(CSF)和血液中。血浆Nfl水平虽然不是特异性的，但也可用于监测阿尔茨海默氏病痴呆的进展[9]。研究报道血浆Nfl水平升高可独立预测双侧海马旁回和右梭状体和颞中回的皮质低代谢。血浆Nfl有望成为MCI中皮质低代谢的早期生物标志物。

1.3 突触蛋白 突触蛋白评估可反映认知障碍患者的突触功能障碍，是一个令人关注的热点领域。血浆和血清分离的神经源性细胞外囊泡(BEV)的蛋白包括突触蛋白，如神经营养素、突触结合蛋白、突触足蛋白和突触素，在患有AD痴呆的个体中减少[10],这些突触蛋白在MCI和帕金森氏病中也减少，因此成为AD选择性生物标志物的可能性似乎较低。在AD患者血液分离的神经元衍生的BEVs中也观察到了生长相关蛋白43，突触体相关蛋白25和突触蛋白1水平的降低[11]，尽管需要更多的研究来证实这一点，但神经元衍生的BEVs的突触蛋白在AD中具有一定的生物标志物潜力。

1.4 胰岛素途径蛋白 胰岛素抵抗会导致阿尔茨海默病的大脑区域的葡萄糖代谢减低。脑组织研究表明，胰岛素受体信号低会引起胰岛素抵抗，原因与胰岛素途径蛋白中的磷酸(P)-丝氨酸1型胰岛素底物受体(IRS-1)和P-酪氨酸-IRS-1的减少相关。研究证明胰岛素途径蛋白在AD中失调。AD患者血液分离的神经元源性细胞外泌体中P-丝氨酸312-胰岛素受体底物-1水平较高，而P-酪氨酸-IRS-1水平较低[12],胰岛素蛋白水平不仅可以用于监测胰岛素给药,还可以作为AD的生物标志物。大脑中的胰岛素抵抗是阿尔茨海默病的病理机制之一，更进一步的关于改善胰岛素抵抗的研究报道，双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶1A可以通过提高胰岛素受体底物-1(IRS-1)的表达来预防脑部胰岛素抵抗，可以作为预防AD的一个靶点[13]。

1.5 溶酶体蛋白 溶酶体蛋白是溶酶体内的水解酶以及膜相关蛋白的总称，溶酶体是一种囊状细胞器，由单层膜包被，专为分解各种内源性及外源性物质。某些神经毒性蛋白诱导神经元自噬溶酶体系统的上调和破坏，出现溶酶体功能障碍，增加蛋白的外泌体转运，以及导致溶酶体成分渗入神经细胞外液及血液中[14]。有研究发现血浆中神经元源性的溶酶体蛋白也能鉴别痴呆症。在AD患者中组织蛋白酶D、溶酶体相关膜蛋白和泛素化蛋白水平显著升高，而热休克蛋白70水平在AD临床前期和临床有症状时降低，提示神经溶酶体功能障碍是AD的早期现象[15]。

1.6 FOXO3A蛋白 FOXO3A蛋白是由FOXO3A基因编码的人类蛋白质，在既往的关于FOXO3A的研究中，发现它的异常表达，多数与肿瘤的发生有关。但近些年寻找有潜力的诊断AD的生物标记物研究的越来越多，发现FOXO3A蛋白存在于颞下区域和海马旁的大脑认知中心，FOXO3A可能是抗AD的潜在新靶标。血清FOXO3A可以显着区分AD与MCI、MCI与GC和AD与GC。但是，Tau蛋白只能区分AD与GC，而不能区分MCI与GC。血清FOXO3A可以作为新型血液标记物，用于AD的早期检测和治疗干预的靶标[16]。

1.7 Flotillin蛋白 Flotillin是一种疏水性蛋白，存在于细胞内外的脂质体中，主要作用是参与信号传导和膜-蛋白质相互作用。研究发现AD患者和MCI患者的CSF和血清中单分子Flotillin的水平显着降低。Flotillin水平的降低与脑淀粉样蛋白沉积有关，但对于VaD或MCI导致的非AD患者的认知障碍损害无关，这表明Flotillin可作为诊断AD和MCI的单一血液标志物。在研究中，通过尸检病理研究确定的老年AD患者的血清Flottlin水平持续降低，但在老年VaD患者中并非如此。Flotillin水平可用于AD和其他痴呆的鉴别诊断。在MCI患者中，淀粉样蛋白阳性组的血清Flotillin水平低于淀粉样蛋白阴性组[17]。这些证据表明，血清Flotillin蛋白水平作为血液标志物指示了脑淀粉样蛋白沉积水平，它可以作为替代参数或可以补充淀粉样蛋白PET成像结果[18]。越来越多的证据证明Flotillin通过影响APP的内吞作用和加工，Ca2+稳态，线粒体功能障碍，神经元凋亡，Aβ诱导的神经毒性和Aβ的病毒样扩散，突出了Flotillin在AD发病机制中的意义。重要的是，与对照组对比，与AD患者的淀粉样蛋白负荷相关的血清和CSF中Flotillin水平降低，因此也有临床证据支持其可能用作AD的生物标志物候选物[19]。

1.8 其他蛋白 HaoTianyi等人在血液中发现7种蛋白具有组织特异性，可以在将来用于诊断AD，分别是Sodium-dependent serotonin、Fibronec、Fc receptor-like pr、Septin、X-box-binding pr、Prothromb、Antithrombi[20]。这些蛋白的灵敏度特异度仍需要更多的临床研究进一步验证。血浆中的蛋白非常之多，有潜力成为AD诊断生物标志物的蛋白仍会继续探索。

2 外周血中基因生物标记物研究进展

2.1 MicroRNA MicroRNA(miRNA)是一类非编码单链RNA分子，由内源基因编码。miRNA被认为是基于血液的潜在生物标记物，近些年的深入研究更加证实了这一点。据报道，miRNA可作为RNA诱导的沉默复合体(RISC)的一部分来调节蛋白质的表达。miR-298能下调AD相关蛋白，包括BACE-1和APP和Aβ的两种主要形式(Aβ40和Aβ42)，还发现了miR-298可显著降低tau蛋白的水平，而不会显著改变T-tau或其他形式，miR-298可能是AD治疗的合适靶标[21]。由于miRNA在基因表达中起着关键的作用，而神经元突触的衰竭发生在临床症状前期，于是Siedlecki研究了与突触蛋白水平相关的一组miRNA的水平，发现在MCI和AD受试者的血浆中miR-92a-3p、miR-181c-5p和miR-210-3p的显著上调,进展为AD的MCI患者显示这些miRNA的血浆水平更高。这项研究将miR-92a-3p、miR-181c-5p和miR-210-3p构成了一种特定的分子标记，可能用作AD的潜在生物标记[22]。更多的研究是探索AD血液中，不同miRNA的水平的变化以寻求潜在的价值。Dong H在AD患者血清中观察了4种miRNA(miR-31、miR-93、miR-143和miR-146a)，发现miR-31、miR-93和miR-146a显著升高，可用于区分AD与其他类型的痴呆，可以用作潜在的诊断和痴呆的预后指标。Yang TT认为血清中的外泌体的miR-135a、-193b和-384的组合检测，是早期诊断阿尔茨海默病的潜在生物标志物[23]。Kenny Aidan和Kumar Subodh在AD血浆中检测到miR-206、miR-455-3p、miR-29c-3p或miR-19b-3p表达增加，揭示了其生物标志物潜在价值,可作为阿尔茨海默氏病的潜在外周生物标志物[24]。

2.2 磷酸甘油二氢酶(PHGDH)exRNA 在神经系统疾病中，脑源性exRNA可能以不同方式到达血液。 一种可能性是通过淋巴系统清除大脑中的废物进入血液[25]；第二个是AD早期描述的血脑屏障渗漏促进了所有类型的细胞外分子的通过。因此，血液中存在exRNAs可以研究中枢神经系统中的基因表达。在这种情况下，最近有报道说，磷酸甘油二氢酶(PHGDH)与对照相比，在AD脑转录组中表现出一致的上调，并且在有症状的AD血浆中升高，提示血浆PHGDH exRNA可作为AD的症状前指示剂的潜在效用[26]。

2.3 circRNA 环状RNA(circRNA)是一类调节基因表达的非编码RNA。阿尔茨海默病相关的炎症、免疫、代谢等反应都与环状RNA的差异表达有关，因circRNA-miRNA-mRNA网络最参与阿尔茨海默氏病的MAPK，mTOR，AMPK和WNT信号通路。当前的研究证明了circRNA在阿尔茨海默氏病发展中的重要性[27]。未来将更深入研究评估这些circRNA中的一些作为早期疾病诊断的生物标记，并开发治疗策略以临床控制阿尔茨海默氏病的进展。

3 外周血中其他生物标记物研究进展

3.1 异前列腺素 氧化应激与阿尔茨海默病的发病机制有关,异前列腺素是一种脂质过氧化标记物,关于异前列腺素与AD的关系深入研究,证明了异前列腺素与AD患者早期颞叶内侧的萎缩有着显著相关性[28]。一些脂质过氧化生物标志物如神经前列腺素、异前列腺素、神经呋喃、异呋喃、二高异前列腺素，被视为有用的AD进展生物标志物[29]。但是，异前列腺素对其他痴呆症或神经退行性疾病的特异性，仍需要更多的研究。

3.2 细胞因子 神经炎症反应越来越被认为是阿尔茨海默病的致病原因，目前研究均已经显示出其在促进神经变性并加重临床结果的作用，在炎症免疫的过程中，会导致慢性炎症状态，导致小胶质细胞的持续活化以及过量活化，进而细胞因子产生失调，对神经元造成损害。在研究中，AD患者血清的IL-6水平高于MCI组及对照组，并且血清TNF-α和IL-6水平与认知功能呈负相关，因而认为血清IL-6水平可能是AD的生物标志物[30]。另外，还有对几十年来外周炎性生物标志物与AD关系进行荟萃分析的研究显示，在AD患者中，炎症性生物标记物(如C反应蛋白、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、白细胞介素-1β(IL-1β)、IL-2、IL-6、IL-8、IL-12、IL-18、MCP-3和干扰素-γ-诱导蛋白10的浓度持续升高，而在MCI患者中除MCP-1外的细胞因子或趋化因子，没有发现一致的结果。这些结果提供了证据支持炎症因子可能是AD诊断的一个生物标志物，而且能鉴别AD疾病进展阶段[31]。

4 小结与展望

社会老龄化的加重，阿尔茨海默病的发病率越来越高，迫切需要敏感的，广泛使用的基于血液的筛查测试，以鉴定出有症状的，有发展为阿尔茨海默氏病(AD)的症状前个体。血液由于易获得、接受性高、创伤小，一直是研究最广泛的生物标志物。关于血液的研究目前已经非常多，这些研究的开展和深入，对指导AD的临床诊断已有一定的应用价值。为阿尔茨海默病的预防监控、早期诊断、病情评估和疗效评估提供了一个很有前途的方法。