阿爾茨海默病生物標誌物的研究進展
阿爾茨海默病生物標誌物的研究進展
生物標誌物對於阿爾茨海默病（AD）的預測性診斷是很有價值的，而目前面臨的問題是如何在臨床前期對其進行診斷。這麼多年來人們一直在腦脊液生物標誌物和影像學檢查上廣泛地開展研究，它可以提高診斷的精確度。本文基於24年的研究結果，主要就經典的生物標誌物和新型候選標誌物進行討論，這可能會成為診斷AD的新標準，為早期診斷AD開闢新藍圖。
何為生物標誌物
生物標誌物是在生物流體（如血液、腦脊液或外周組織）中可以檢測到並有助於預示疾病發生方向和進展的組分，而在生理狀態下這些物質不會被檢測到。理想的生物標誌物有以下特點：
? 特異性不低於80%
?靈敏度不低於80%
?陽性預測值接近於90%
?在神經病理變化中發揮重要作用
?疾病早期即可被檢測到
?可靠，無侵襲性且檢測價格可以接受
?能夠反映AD的病理生理過程
?有助於AD和其他類型的痴呆的界別診斷
AD的發病機制
要闡明生物標誌物我們首先要理解AD的發病機制。AD的發病機制周說紛紜，主要包括Aβ級聯假說、tau蛋白假說、神經遞質假說、鈣超載假說、線粒體紊亂假說以及免疫炎症假說等。迄今為止tau蛋白和 Aβ42無疑是最能經得起考驗的。
Aβ是APP基因C端中一個39~43個氨基酸的片段，Aβ定位於APP695中597~640。APP翻譯後加工通過兩條途徑（Aβ源性途徑和非Aβ源性途徑），由3種分泌酶（α、β、γ）裂解而產生Aβ。APP、PS基因突變導致γ分泌酶的活性改變和異常調節，Aβ在神經元表面聚集成囊泡發生內化進入胞內，隨著囊泡減少胞內壓力不斷增大，到達閾值後釋放出Aβ瀑流，形成具有神經毒性的Aβ寡聚體。
tau 蛋白是一種重要的微管相關蛋白，在 AD 中tau蛋白被異常修飾 ，如過度磷酸 化，異常糖基化和泛素化等 。Tau蛋白與胞膜之間的相互作用部位是N端富含脯氨酸的序列和胞膜上src家族的非酪氨酸蛋白激酶如fyn的SH3結構域。Tau 基因位於染色體17的長臂 ，包含16個外顯子，含有兩個CpG 島，其中一個與啟動子相連接 ，另一個與外顯子9相連接。tau 基因上游的啟動區域富含 GC殘基，而缺乏 TATA 和 CMT 盒子。AP2是一個特殊的轉錄因子，可被視黃酸激活。APP的啟動子也是富含GC殘基的區域，缺乏TATA盒子。APP和tau在PC12細胞都可以被視黃酸誘導。因此，APP和tau的表達異常可能有相同的機制。
AD的影像學改變
對於MCI向AD轉變的患者，許多影像檢查方法比如F-FDDNP PET、Amyloid PET、磁共振波譜、功能磁共振成像結合腦脊液生物標誌物和計算機記憶測試有利於明確AD的診斷。
Amyloid PET是用11C標記的PIB(放射性硫黃素的類似物)注射到體內檢測腦部的放射活度，來觀察Aβ沉積，可作為活體顯示老年斑沉積的最直接診斷標誌物。
FDG PET用於檢測神經元和膠質細胞的代謝情況，對於AD和顳葉痴呆的診斷都有很高的精確度，AD患者可出現典型的顳葉、扣帶回皮質和楔前葉葡萄糖低代謝。而MRI則更適合AD的早期預測和診斷。
最近，一種新的MRI技術引入了T1rho (T1ρ為自旋-晶格弛豫時間常數)。在區別AD、MCI和對照組的表現時，T1rho分析顯示出更強的親和力，而腦脊液檢測準確度更高。事實上二者聯用可能有助於AD早期診斷。
AD的經典標誌物
在老年斑的沉積腦脊液中的Aβ42水平降低，t-tau 、p-tau的升高反映了tau異常磷酸化和神經纖維纏結。有研究報道腦脊液中實驗組和對照組相比Aβ42水平降低，t-tau、p-tau升高，其敏感度高達95%，而特異性為87%.值得一提的是Aβ42的濃度在病人首發癥狀出現前25年即開始下降。然而AD與其他痴呆相比，腦脊液中t-tau、Aβ42的檢測靈敏度高但是特異性較差。研究發現腦脊液Aβ42減少與海馬、新皮質中的老年斑有緊密聯繫，存在爭議的是另外一些研究發現有的疾病沒有老年斑Aβ42也會減少，比如克雅氏病、肌萎縮側索硬化和多系統萎縮。而Tau異常磷酸化可能是AD、PD等神經退行性疾病的共同機制。最近人們開始關注Aβ42/Aβ40比值，這可能比Aβ42的水平更有意義。
AD的新型候選標誌物
MiRNA
約70%的已知miRNAs定位在腦中miRNAs參與神經細胞的發育、分化和突觸可塑性，並參與包括AD在內的許多神經退行性疾病的病理變化。事實上，miRNA可以通過與關鍵靶標網路結合到3"UTR發生相互作用。遺傳因素對於AD的發病有重要作用，這種遺傳的可能性約為80%.尤其是家族性AD的早發病例，與APP、PS1、PS2的基因突變有關。
miRNAs可以以不同的方式干擾APP和Aβ合成。miR29調控BACE-1促進APP形成Aβ，AD患者腦內miR－29a下調從而使 Aβ水平的升高。
早老素（Presenilin）是一種膜相關蛋白酶，催化γ亞基。分泌酶、PS1、PS2在神經炎症反應中均有重要作用。通過12月齡和18月齡小鼠海馬基因晶元檢測我們發現了37個有顯著差異性表達的miRNA，這些miRNA在PS1/PS2基因敲除小鼠中差異更明顯。已有研究證明PS2通過小腳趾細胞調控炎症反應，從而影響miR－146a的水平，最後一個靶點是編碼特定炎症介質的mRNA的3"UTR，炎症介質包括腫瘤壞死因子受體相關因6（TRAF6）和白細胞介素-1受體相關介質酶-1（IRAK1）。
載脂蛋白E（ApoE）在大腦內脂質轉運和損傷修復中起關鍵性作用。等位基因多態性ApoE是AD的一個重要遺傳因素，在一個6月齡ApoE3和ApoE4靶向替代小鼠的研究中，miR-146a水平降低（ApoE4小鼠腦組織降低29%，血漿降低47%）。miR-146a通過NF-κB p65 mRNA和類受體介導的炎症信號傳導（TLR）途徑來調節炎症反應，miR-146a對TLR信號通路負反饋的減弱導致ApOE4攜帶者對固有免疫刺激的超敏反應增加。
MiRNA特異性的片段作為分子開關調控下游產物從而影響神經元的代謝活動，miRNA在組織和體液中均有表達，這使得通過檢測外周組織或體液診斷中樞性疾病成為可能。目前常用的標誌物主要有miR-29a、miR-23a、miR-26b、miR-27a、miR-125b、 miR-146a、miR-335和miR-30a-5p等.
與傳統檢測蛋白質的方法相比，運用PCR擴增得到miRNA進行檢測大大提高了靈敏度。此外特異性miRNA在AD中差異性表達的檢測明顯優於Aβ、tau等標誌物，我們在前文已經提及，而目前已經有簡單成熟的方法來檢測miRNA,在短時間即可得出結果。自2008年以來有大量文獻報道miRNA作為生物標誌物的可行性，所以CSF、血漿中的miRNA檢測是一種非侵入性且較為理想的生物標誌物，目前存在的問題有兩個，一是受試者不足，而是miRNA的細胞來源尚不明確。
Cyclin
有人檢測AD患者細胞周期蛋白，CDK2, CDK4, CDK6, cyclin B, and cyclin D均高表達。對於檢測AD患者的外周標誌物而言淋巴細胞的細胞周期失調可能是一個可行的方向。最近的遺傳學研究已經明確了CD33是與AD相關性極高的遺傳位點。CD33在AD患者大腦內表現出極高的水平且與Aβ的沉積、疾病的嚴重程度成正相關，因此CD33可能為AD的治療提供了新靶點。
Other
通過線粒體生物能量學相關的細胞參數以及外周血單核細胞DNA損傷（PBMCs）的研究我們發現PBMCs的AD患者線粒體代謝障礙，這些數據提示PBMCs的這些參數可能對生物標誌物的研究有意義。而質譜分析表明4種生物標誌物促在AD患者腦脊液中的陽性率明顯增高：食慾素、LAMP1、甲狀腺素以及核轉錄因子Enpp2/ATX。
AD病人屍檢發現腦組織神經炎症反應, YKL-40和VILIP-1發揮著重要作用，並且二者在腦脊液中的濃度有助於分辨出現癥狀的AD患者。YKL-40在MCI和AD患者的腦脊液中表達均升高，而VILIP-1的表達僅僅在MCI患者腦脊液中上升。IL-18被證實直接參与突出可塑性的調節以及神經炎症的發生。
展望
對病人而言血液標誌物相對於腦脊液來說無疑是更好的選擇，這不僅能減少痛苦的創傷而且會降低感染的風險。然而血液標誌物檢測的敏感度和特異度均低於腦脊液。而miRNA標誌物的檢測特異性相對較高，這些miRNA通常具有保護作用，逐漸引起了人們的關注。發表在Lancet的一項meta分析納入了179個樣本的差異性表達的miRNA和1404個樣本的DNA，結果顯示miR-30a-5p和 miR-335是調節作用最大的兩個miRNA。故miRNA可能成為診斷AD生物標誌物的一個可行的研究方向。另一方面評估遺傳學風險因素和神經影像學資料對於診斷將會起到關鍵作用。然而，世界範圍內開展廣泛研究，尚無明確診斷的方法，探尋切實可行的診斷以及治療方法是眾望所歸，我們希望通過努力在不久的將來能攻克這一難題，為全世界AD患者帶來福音。
作者：駱文錦 重醫第一臨床學院
審校：呂 洋 重醫一院老年病科
References
1. McDade E, Wang G, Xiong C et al: Spatial patterns of neuroimaging biomarker change in individuals from families with autosomal dominant Alzheimer"s disease: a longitudinal study.The Lancet Neurology2018, 17(3):241-250.
2. Gordon BA, Blazey TM, Su Y, Hari-Raj A, Dincer A, Flores S, Christensen J, Frisoni GB, Boccardi M, Barkhof F, Blennow K, Cappa S, Chiotis K, Démonet J-F, Garibotto V, Giannakopoulos P, Gietl A et al: Strategic roadmap for an early diagnosis of Alzheimer"s disease based on biomarkers.The Lancet Neurology2017, 16(8):661-676.
3. Bratman SV, Milosevic MF, Liu F-F, Haibe-Kains B: Genomic biomarkers for precision radiation medicine.The Lancet Oncology2017, 18(5):238.
4. Mehlika P,Yahya K, Sezen G, et al.Analysis of Genetics and Risk Factors of Alzheimer』s Disease.Nature Neuroscience,2016,3250:124-31.
5. Muller M, Jakel L, Bruinsma IB, Claassen JA, Kuiperij HB, Verbeek MM: MicroRNA-29a Is a Candidate Biomarker for Alzheimer"s Disease in Cell-Free Cerebrospinal Fluid.Molecular neurobiology2016, 53(5):2894-2899.
6. Mareike M, Lieke J, Jurgen A, et al. MicroRNA-29a Is a Candidate Biomarker for Alzheimer』s Disease in Cell-Free Cerebrospinal Fluid.Molecular Neurobiology2016, 53 : 2894–99
7. Sandrine B, Lea R, Keren N, et al.Phos-tau peptide immunization of amyloid-tg-mice reduced non-mutant phos-tau pathology, improved cognition and reduced amyloid plaques.Experimental Neurology2018, 303:48-58
8. Henriques AD, Benedet AL, Camargos EF, Rosa-Neto P, Nobrega OT: Fluid and imaging biomarkers for Alzheimer"s disease: Where we stand and where to head to.Experimental gerontology2018, 107:169-177.
9. Eleonora G, Tony L, Silvana G, et al. Evidence for an imbalance between tau O-GlcNAcylation and phosphorylation in the hippocampus of a mouse model of Alzheimer』s disease.Pharmacological Research2016, 105:186-97
10. Heicklen-Klein A, Ginzburg I . tau Promoter Confers Neuronal Specificity and Binds Spl and AP-2.Neurochem2000 , 75 : 1408-18
11. Mustapha Z: Circulating microRNAs as novel biomarkers of Alzheimer"s disease.Clinica Chimica Acta2018, 18 : 30248-1
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