阿爾茨海默病外周血標記物的研究進展

林劍楠綜述, 馬 強審校

阿爾茨海默氏病(AD)是神經退行性疾病中最常見的一種不可逆疾病,臨床特點是多個認知領域障礙、記憶力尤甚，對個人的日常生活和社會醫療系統產生惡性影響。世界人口老齡化的增加，導致AD的發病率顯著增加，影響著全世界超過10%的65歲以上的人口[1]。盡管全球范圍內專家為此做出了相當大的努力，但AD患者的診斷還是只能在臨床出現癥狀并基于神經心理測試和神經影像學檢查后。2011年美國NIA-AA診斷指南，明確指出將AD作為一個連續階段的過程，包括MCI在內,并且分為3個階段，癡呆階段、癡呆前臨床有癥狀階段和臨床前無癥狀階段。該指南還將生物標志物納入AD診斷標準中，生物標記物開始在阿爾茨海默病的診斷、治療以及病程風險評估中發揮著重要的作用。腦脊液中的生物標記物與阿爾茨海默病已有明確相關性，但有創、患者接受性差阻礙腦脊液標記物在疾病早期篩查工作的進展。近些年，外周血易獲得、接受性高、費用低成為研究熱點，大量潛在生物標記物被發現。

1 外周血中蛋白生物標記物研究進展

1.1 Aβ低聚物、Tau蛋白 淀粉樣蛋白假說目前是阿爾茨海默病的主流致病機制，它有3種存在形式：單體、低聚物以及纖維形態。越來越多的證據表明，低分子量Aβ低聚物(oAβ)和原纖維會刺激幼稚Aβ蛋白的聚集，產生神經毒性，引起蛋白的異常折疊，并且還與認知能力下降有關[2]。Aβ低聚蛋白是最具有毒性的蛋白，沉積于神經元外周，24 h引起神經元內蛋白質組的變化，引起與神經元內疾病相關蛋白質組的上調與下調以及翻譯后的修飾，間接損傷微管相關蛋白tau蛋白，損傷神經元，慢慢死亡。Aβ低聚物被認為是AD病理學中最相關的聚集體[3]。血漿低聚Aβ可能是用于AD診斷的簡單的基于血液的生物標記。

tau磷酸化的穩態主要由酪蛋白激酶(CK)和糖原合酶激酶3(GSK3)等激酶和蛋白磷酸酶家族(PP)的精細調節。在AD患者中，CK1ε和GSK3β增加，而PP2A和PP5減少，導致tau的過度磷酸化[4]。Tau 蛋白磷酸化位點的不同，對阿爾茨海默病診斷的靈敏度和特異度也不同。最新研究發現，大腦中淀粉樣蛋白的沉積和tau蛋白纏結并不是同時出現的，但是血液中tau蛋白的水平與大腦中淀粉樣蛋白沉積和tau蛋白纏結都同時出現有著明顯相關性,且p-tau比T-tau具有更高特異性。一項血液tau蛋白檢測發現，在區分AD和其他退行性疾病方面的準確性p-tau217高于p-tau181，準確性能夠達到89%～98%[5]。在進行AD診斷時,p-tau217的準確性明顯高于神經纖維蛋白輕鏈以及淀粉樣蛋白的血液檢測的準確性,也高于MRI 成像的檢測。準確性相當于腦內的PET tau蛋白掃描和腦脊液中淀粉樣蛋白和tau蛋白生物標記物的檢測結果。另外兩項試驗也證明了p-tau217具有作為AD特意生物標志物的潛力[6]。血漿中的NT1 tau是AD的另一種特殊標志物，在疾病早期升高，可能被證明可用于進行第一輪篩查，以識別有罹患AD危險的個體[7]。

1.2 神經絲輕鏈蛋白 神經絲輕鏈蛋白(Nfl)是神經元軸突中的特異性分子蛋白，是神經元細胞骨架的組成部分，主要在胞體和突起中負責軸漿運輸，維持軸突直徑的神經傳導速度調節,以及維持神經元的正常形態。Nfl的異常表達會引起多種疾病的發生，Nfl是神經元及軸突損傷的標記物[8]。突觸功能障礙發生在神經元細胞死亡之前很久，而且經常在錯誤折疊的蛋白質可檢測到沉積之前發生。在這些過程中，Nfl重新釋放到細胞外，并釋放到體液中，例如腦脊液(CSF)和血液中。血漿Nfl水平雖然不是特異性的，但也可用于監測阿爾茨海默氏病癡呆的進展[9]。研究報道血漿Nfl水平升高可獨立預測雙側海馬旁回和右梭狀體和顳中回的皮質低代謝。血漿Nfl有望成為MCI中皮質低代謝的早期生物標志物。

1.3 突觸蛋白 突觸蛋白評估可反映認知障礙患者的突觸功能障礙，是一個令人關注的熱點領域。血漿和血清分離的神經源性細胞外囊泡(BEV)的蛋白包括突觸蛋白，如神經營養素、突觸結合蛋白、突觸足蛋白和突觸素，在患有AD癡呆的個體中減少[10],這些突觸蛋白在MCI和帕金森氏病中也減少，因此成為AD選擇性生物標志物的可能性似乎較低。在AD患者血液分離的神經元衍生的BEVs中也觀察到了生長相關蛋白43，突觸體相關蛋白25和突觸蛋白1水平的降低[11]，盡管需要更多的研究來證實這一點，但神經元衍生的BEVs的突觸蛋白在AD中具有一定的生物標志物潛力。

1.4 胰島素途徑蛋白 胰島素抵抗會導致阿爾茨海默病的大腦區域的葡萄糖代謝減低。腦組織研究表明，胰島素受體信號低會引起胰島素抵抗，原因與胰島素途徑蛋白中的磷酸(P)-絲氨酸1型胰島素底物受體(IRS-1)和P-酪氨酸-IRS-1的減少相關。研究證明胰島素途徑蛋白在AD中失調。AD患者血液分離的神經元源性細胞外泌體中P-絲氨酸312-胰島素受體底物-1水平較高，而P-酪氨酸-IRS-1水平較低[12],胰島素蛋白水平不僅可以用于監測胰島素給藥,還可以作為AD的生物標志物。大腦中的胰島素抵抗是阿爾茨海默病的病理機制之一，更進一步的關于改善胰島素抵抗的研究報道，雙特異性酪氨酸磷酸化調節激酶1A可以通過提高胰島素受體底物-1(IRS-1)的表達來預防腦部胰島素抵抗，可以作為預防AD的一個靶點[13]。

1.5 溶酶體蛋白 溶酶體蛋白是溶酶體內的水解酶以及膜相關蛋白的總稱，溶酶體是一種囊狀細胞器，由單層膜包被，專為分解各種內源性及外源性物質。某些神經毒性蛋白誘導神經元自噬溶酶體系統的上調和破壞，出現溶酶體功能障礙，增加蛋白的外泌體轉運，以及導致溶酶體成分滲入神經細胞外液及血液中[14]。有研究發現血漿中神經元源性的溶酶體蛋白也能鑒別癡呆癥。在AD患者中組織蛋白酶D、溶酶體相關膜蛋白和泛素化蛋白水平顯著升高，而熱休克蛋白70水平在AD臨床前期和臨床有癥狀時降低，提示神經溶酶體功能障礙是AD的早期現象[15]。

1.6 FOXO3A蛋白 FOXO3A蛋白是由FOXO3A基因編碼的人類蛋白質，在既往的關于FOXO3A的研究中，發現它的異常表達，多數與腫瘤的發生有關。但近些年尋找有潛力的診斷AD的生物標記物研究的越來越多，發現FOXO3A蛋白存在于顳下區域和海馬旁的大腦認知中心，FOXO3A可能是抗AD的潛在新靶標。血清FOXO3A可以顯著區分AD與MCI、MCI與GC和AD與GC。但是，Tau蛋白只能區分AD與GC，而不能區分MCI與GC。血清FOXO3A可以作為新型血液標記物，用于AD的早期檢測和治療干預的靶標[16]。

1.7 Flotillin蛋白 Flotillin是一種疏水性蛋白，存在于細胞內外的脂質體中，主要作用是參與信號傳導和膜-蛋白質相互作用。研究發現AD患者和MCI患者的CSF和血清中單分子Flotillin的水平顯著降低。Flotillin水平的降低與腦淀粉樣蛋白沉積有關，但對于VaD或MCI導致的非AD患者的認知障礙損害無關，這表明Flotillin可作為診斷AD和MCI的單一血液標志物。在研究中，通過尸檢病理研究確定的老年AD患者的血清Flottlin水平持續降低，但在老年VaD患者中并非如此。Flotillin水平可用于AD和其他癡呆的鑒別診斷。在MCI患者中，淀粉樣蛋白陽性組的血清Flotillin水平低于淀粉樣蛋白陰性組[17]。這些證據表明，血清Flotillin蛋白水平作為血液標志物指示了腦淀粉樣蛋白沉積水平，它可以作為替代參數或可以補充淀粉樣蛋白PET成像結果[18]。越來越多的證據證明Flotillin通過影響APP的內吞作用和加工，Ca2+穩態，線粒體功能障礙，神經元凋亡，Aβ誘導的神經毒性和Aβ的病毒樣擴散，突出了Flotillin在AD發病機制中的意義。重要的是，與對照組對比，與AD患者的淀粉樣蛋白負荷相關的血清和CSF中Flotillin水平降低，因此也有臨床證據支持其可能用作AD的生物標志物候選物[19]。

1.8 其他蛋白 HaoTianyi等人在血液中發現7種蛋白具有組織特異性，可以在將來用于診斷AD，分別是Sodium-dependent serotonin、Fibronec、Fc receptor-like pr、Septin、X-box-binding pr、Prothromb、Antithrombi[20]。這些蛋白的靈敏度特異度仍需要更多的臨床研究進一步驗證。血漿中的蛋白非常之多，有潛力成為AD診斷生物標志物的蛋白仍會繼續探索。

2 外周血中基因生物標記物研究進展

2.1 MicroRNA MicroRNA(miRNA)是一類非編碼單鏈RNA分子，由內源基因編碼。miRNA被認為是基于血液的潛在生物標記物，近些年的深入研究更加證實了這一點。據報道，miRNA可作為RNA誘導的沉默復合體(RISC)的一部分來調節蛋白質的表達。miR-298能下調AD相關蛋白，包括BACE-1和APP和Aβ的兩種主要形式(Aβ40和Aβ42)，還發現了miR-298可顯著降低tau蛋白的水平，而不會顯著改變T-tau或其他形式，miR-298可能是AD治療的合適靶標[21]。由于miRNA在基因表達中起著關鍵的作用，而神經元突觸的衰竭發生在臨床癥狀前期，于是Siedlecki研究了與突觸蛋白水平相關的一組miRNA的水平，發現在MCI和AD受試者的血漿中miR-92a-3p、miR-181c-5p和miR-210-3p的顯著上調,進展為AD的MCI患者顯示這些miRNA的血漿水平更高。這項研究將miR-92a-3p、miR-181c-5p和miR-210-3p構成了一種特定的分子標記，可能用作AD的潛在生物標記[22]。更多的研究是探索AD血液中，不同miRNA的水平的變化以尋求潛在的價值。Dong H在AD患者血清中觀察了4種miRNA(miR-31、miR-93、miR-143和miR-146a)，發現miR-31、miR-93和miR-146a顯著升高，可用于區分AD與其他類型的癡呆，可以用作潛在的診斷和癡呆的預后指標。Yang TT認為血清中的外泌體的miR-135a、-193b和-384的組合檢測，是早期診斷阿爾茨海默病的潛在生物標志物[23]。Kenny Aidan和Kumar Subodh在AD血漿中檢測到miR-206、miR-455-3p、miR-29c-3p或miR-19b-3p表達增加，揭示了其生物標志物潛在價值,可作為阿爾茨海默氏病的潛在外周生物標志物[24]。

2.2 磷酸甘油二氫酶(PHGDH)exRNA 在神經系統疾病中，腦源性exRNA可能以不同方式到達血液。 一種可能性是通過淋巴系統清除大腦中的廢物進入血液[25]；第二個是AD早期描述的血腦屏障滲漏促進了所有類型的細胞外分子的通過。因此，血液中存在exRNAs可以研究中樞神經系統中的基因表達。在這種情況下，最近有報道說，磷酸甘油二氫酶(PHGDH)與對照相比，在AD腦轉錄組中表現出一致的上調，并且在有癥狀的AD血漿中升高，提示血漿PHGDH exRNA可作為AD的癥狀前指示劑的潛在效用[26]。

2.3 circRNA 環狀RNA(circRNA)是一類調節基因表達的非編碼RNA。阿爾茨海默病相關的炎癥、免疫、代謝等反應都與環狀RNA的差異表達有關，因circRNA-miRNA-mRNA網絡最參與阿爾茨海默氏病的MAPK，mTOR，AMPK和WNT信號通路。當前的研究證明了circRNA在阿爾茨海默氏病發展中的重要性[27]。未來將更深入研究評估這些circRNA中的一些作為早期疾病診斷的生物標記，并開發治療策略以臨床控制阿爾茨海默氏病的進展。

3 外周血中其他生物標記物研究進展

3.1 異前列腺素 氧化應激與阿爾茨海默病的發病機制有關,異前列腺素是一種脂質過氧化標記物,關于異前列腺素與AD的關系深入研究,證明了異前列腺素與AD患者早期顳葉內側的萎縮有著顯著相關性[28]。一些脂質過氧化生物標志物如神經前列腺素、異前列腺素、神經呋喃、異呋喃、二高異前列腺素，被視為有用的AD進展生物標志物[29]。但是，異前列腺素對其他癡呆癥或神經退行性疾病的特異性，仍需要更多的研究。

3.2 細胞因子 神經炎癥反應越來越被認為是阿爾茨海默病的致病原因，目前研究均已經顯示出其在促進神經變性并加重臨床結果的作用，在炎癥免疫的過程中，會導致慢性炎癥狀態，導致小膠質細胞的持續活化以及過量活化，進而細胞因子產生失調，對神經元造成損害。在研究中，AD患者血清的IL-6水平高于MCI組及對照組，并且血清TNF-α和IL-6水平與認知功能呈負相關，因而認為血清IL-6水平可能是AD的生物標志物[30]。另外，還有對幾十年來外周炎性生物標志物與AD關系進行薈萃分析的研究顯示，在AD患者中，炎癥性生物標記物(如C反應蛋白、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)、白細胞介素-1β(IL-1β)、IL-2、IL-6、IL-8、IL-12、IL-18、MCP-3和干擾素-γ-誘導蛋白10的濃度持續升高，而在MCI患者中除MCP-1外的細胞因子或趨化因子，沒有發現一致的結果。這些結果提供了證據支持炎癥因子可能是AD診斷的一個生物標志物，而且能鑒別AD疾病進展階段[31]。

4 小結與展望

社會老齡化的加重，阿爾茨海默病的發病率越來越高，迫切需要敏感的，廣泛使用的基于血液的篩查測試，以鑒定出有癥狀的，有發展為阿爾茨海默氏病(AD)的癥狀前個體。血液由于易獲得、接受性高、創傷小，一直是研究最廣泛的生物標志物。關于血液的研究目前已經非常多，這些研究的開展和深入，對指導AD的臨床診斷已有一定的應用價值。為阿爾茨海默病的預防監控、早期診斷、病情評估和療效評估提供了一個很有前途的方法。