目前全球AD患者已達(dá)3000多萬,而我國AD患病總?cè)藬?shù)已超過600萬。AD已成為全球需優(yōu)先解決的重大健康問題,但臨床上尚無針對該病的有效的治療措施。近期多項(xiàng)以β-淀粉樣蛋白(amyloid-βprotein,Aβ)為靶點(diǎn)的藥物三期臨床試驗(yàn)宣告失敗,其主要原因之一可能為干預(yù)時機(jī)過晚。因此,早期診斷、早期干預(yù)成為AD研究領(lǐng)域的重要方向,具有重要的科學(xué)及臨床意義。但目前尚缺乏敏感性和特異性高的早期診斷方法。生物標(biāo)志物是AD早期診斷、病程監(jiān)測、指導(dǎo)治療和療效判斷的重要依據(jù)[1,2],因此尋找有效的生物標(biāo)志物已成為AD領(lǐng)域亟待解決的重要問題。
1、AD生物標(biāo)志物的研究現(xiàn)狀
AD生物標(biāo)志物的研究主要基于AD的自然歷程及病理機(jī)制。當(dāng)前國際上大規(guī)模AD生物標(biāo)志物研究主要包括阿爾茨海默病神經(jīng)影像學(xué)計劃(Alzheimer'sDiseaseNeuroimagingInitiative,ADNI)、澳大利亞老齡化影像學(xué)、生物標(biāo)志物及生活方式研究(theAustralianImaging,Biomarker&LifestyleFlagshipStudyofAgeing,AIBL)、顯性遺傳性阿爾茨海默病網(wǎng)絡(luò)研究(theDominantlyInheritedAlzheimerNet-work,DIAN)等。ADNI研究(http://adni.loni.usc.edu/)于2004年啟動,包括ADNI1、ADNIGO、ADNI2三個階段,共納入1600多名研究對象,并收集其影像學(xué)資料及生物樣本,用以研究AD的自然發(fā)展歷程。AIBL研究(https://aibl.csiro.au/)于2006年啟動,以探索AD的生物標(biāo)志物、認(rèn)知特征、健康狀態(tài)及生活方式相關(guān)的保護(hù)或危險因素為目的,目前納入1000多名研究對象。DIAN研究(http://www.dian-info.org/)通過對顯性遺傳性AD的研究為解碼散發(fā)性AD及其他類型的癡呆奠定基礎(chǔ)。上述研究均介紹了AD發(fā)生發(fā)展的自然歷程,證實(shí)了AD發(fā)生過程中生物標(biāo)志物的變化順序:Aβ、tau蛋白、神經(jīng)變性、認(rèn)知功能下降。因此,尋找AD生物標(biāo)志物應(yīng)從其發(fā)生機(jī)制及病理環(huán)節(jié)著手:即Aβ代謝異常(過度產(chǎn)生、清除障礙和沉積)及tau蛋白代謝異常(過度磷酸化、神經(jīng)原纖維纏結(jié)形成)、其他繼發(fā)病理事件(炎癥、氧化應(yīng)激、能量代謝障礙、血-腦脊液屏障損害)、神經(jīng)變性(突觸功能障礙、神經(jīng)元損傷/丟失、腦萎縮)等[3,4]。
當(dāng)前研究的生物標(biāo)志物的來源主要包括體液標(biāo)志物(腦脊液、血液、唾液、尿液)和影像標(biāo)志物(結(jié)構(gòu)影像、功能影像和分子影像)[5-7]。其中腦脊液Aβ42、腦脊液磷酸化tau(p-tau)蛋白、腦脊液總tau(t-tau)蛋白、磁共振海馬萎縮、正電子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描(positronemissiontomography,PET)影像[包括PET-氟代脫氧葡萄糖(FDG)和PET-Aβ]已經(jīng)確認(rèn)其診斷價值并納入新的AD診斷標(biāo)準(zhǔn)開始應(yīng)用于臨床[8,9]。近期研究發(fā)現(xiàn)了PET-tau示蹤劑,因tau蛋白與認(rèn)知的相關(guān)性較強(qiáng),使PET-tau成為AD生物標(biāo)志物研究的熱點(diǎn)之一。研究結(jié)果顯示,PET-tau可有效區(qū)分AD和正常對照,并可用于AD的分期。除此之外,當(dāng)前研究的AD生物標(biāo)志物還包括淀粉樣前體蛋白(amyloidprecursorprotein,APP)代謝標(biāo)志物[如腦脊液及血液β-分泌酶(beta-siteapp-cleavingenzyme1,BACE1)、可溶性淀粉樣前體蛋白(solubleamyloidprecursorprotein,sAPP)α及sAPPβ、Aβ寡聚體、Aβ亞型等]、神經(jīng)炎癥標(biāo)志物[如腦脊液及血液YKL-40蛋白、膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glialfibrillaryacidicprotein,GFAP)、單核細(xì)胞趨化因子(monocytechemoattractantprotein-1,MCP-1)等]、氧化應(yīng)激標(biāo)志物(如腦脊液及血液F2-isoprostanes等)、神經(jīng)變性標(biāo)志物[如腦脊液及血液視錐蛋白樣蛋白(visininlikeprotein1,VILIP-1)、心型脂肪酸結(jié)合蛋白(heartfattyacidbindingprotein,HFABP)、神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuronspecificenolase,NSE)、神經(jīng)絲輕鏈(neurofilamentlightchain,NFL)蛋白、突觸相關(guān)蛋白(synaptosomal-associatedprotein25,SNAP-25)、神經(jīng)顆粒素等]及其他標(biāo)志物(如血液蛋白質(zhì)組、脂類組、系統(tǒng)炎性因子、mRNA、miRNA、Aβ自身抗體等)。近期薈萃分析表明,腦脊液內(nèi)t-tau蛋白、p-tau蛋白、Aβ42、NFL蛋白為區(qū)分AD和健康對照的高效應(yīng)指標(biāo),NSE、VILIP-1、HFABP、YKL-40為中等效應(yīng)指標(biāo),其中僅有t-tau、p-tau、Aβ42可預(yù)測輕度認(rèn)知功能損害(mildcognitiveimpairment,MCI)向AD的轉(zhuǎn)化;而血液內(nèi)僅有t-tau可有效區(qū)分AD和健康對照,僅Aβ40可預(yù)測MCI向AD的轉(zhuǎn)化,但其診斷效力很弱[6]。影像學(xué)標(biāo)志物除上述幾種廣泛研究的標(biāo)志物外,還包括新興的神經(jīng)炎癥PET顯像[10]、連接組學(xué)[11]等,而多模態(tài)影像學(xué)綜合了多種不同影像標(biāo)志物的特點(diǎn),或可提高AD早期的診斷能力[7]。
為便于對眾多生物標(biāo)志物及病理生理狀態(tài)進(jìn)行描述,Jack等[8]于2016年提出一套A/T/N分類描述體系,其中A代表Aβ相關(guān)標(biāo)志物(如腦脊液Aβ42和PET-Aβ),T代表tau蛋白相關(guān)標(biāo)志物(如腦脊液p-tau和PET-tau),N代表神經(jīng)變性標(biāo)志物(如PET-FDG、結(jié)構(gòu)MRI、腦脊液t-tau)。該體系適用于所有認(rèn)知功能老化的人群研究,且對生物標(biāo)志物之間狀態(tài)轉(zhuǎn)換的研究表明,Aβ是AD發(fā)生的必要非充分條件,而神經(jīng)變性是直接發(fā)展為癡呆的必要前驅(qū)狀態(tài);無Aβ病理改變而直接發(fā)展為神經(jīng)變性者(A-N+)被稱為可疑非AD病理生理改變(suspectednon-Alzheimer'spathophysiology,SNAP);且在70歲以上的老齡人群中,A+N+的癡呆轉(zhuǎn)化率顯著高于A-N+[9]。
2、AD生物標(biāo)志物研究存在的問題
當(dāng)前AD生物標(biāo)志物研究眾多,亦存在許多問題:①對AD早期診斷,尤其是臨床前期診斷的特異性不足,也不能準(zhǔn)確反映病程和疾病嚴(yán)重度。Aβ斑塊和tau蛋白的神經(jīng)原纖維纏結(jié)雖是AD的重要病理特征,但并非AD的特異性,Aβ斑塊亦可見于路易體癡呆、帕金森癡呆等[12],而tau蛋白病理亦可見于克雅病、進(jìn)行性核上性麻痹、額顳葉癡呆等[13]。因此,單獨(dú)的Aβ和tau蛋白的生物標(biāo)志物的診斷特異性不足,且不能準(zhǔn)確地預(yù)測MCI向AD的轉(zhuǎn)化以及疾病的嚴(yán)重程度。②生物標(biāo)志物檢測結(jié)果變異性大,難以確定統(tǒng)一的臨界值。由于研究對象存在人群差異及個體差異、不同中心/實(shí)驗(yàn)室采用的檢測方法或試劑不統(tǒng)一、同一方法或試劑的不同批次間變異性大、實(shí)際操作過程中存在多種影響因素,使得不同的研究難以獲得統(tǒng)一的臨界值[14]。③生物標(biāo)志物檢測方法的靈敏度低。如當(dāng)前用于檢測腦脊液及血液Aβ和tau蛋白的酶聯(lián)免疫吸附測定(enzymelinkedimmunosorbentassay,ELISA)試劑盒靈敏度低,影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。④腰椎穿刺為有創(chuàng)性,MRI和PET價格昂貴,不適合人群篩查。血液生物標(biāo)志物因創(chuàng)傷小、易操作、價格低等優(yōu)勢成為適于人群篩查和早期診斷的最具前景的生物標(biāo)志物來源[15,16]。
血液生物標(biāo)志物雖是研究的重要方向,目前仍存在下列問題和挑戰(zhàn):①因血-腦脊液屏障的存在、血液的稀釋作用、外周代謝作用(如肝、腎、酶等)導(dǎo)致血液內(nèi)標(biāo)志物,尤其是腦源性Aβ和tau蛋白濃度低,不易檢測;②血液內(nèi)存在多種血細(xì)胞、白蛋白等血液成分干擾,影響檢測;③血液標(biāo)志物檢測的分析前影響因素較多,包括研究對象個體差異、血液采集過程、血液處理過程及樣本存儲等多方面因素[17]。
3、未來展望
未來AD生物標(biāo)志物的研究需要解決下列問題:
?。?)尋找可用于早期診斷和疾病分期的、具有良好特異性和敏感性的生物標(biāo)志物:①尋找Aβ和tau蛋白上游調(diào)控的早期生物標(biāo)志物;②從AD發(fā)病機(jī)制相關(guān)環(huán)節(jié)(如神經(jīng)變性、其他繼發(fā)病理事件等)尋找新的生物標(biāo)志物;③從血液中尋找適于早期診斷和人群篩查的生物標(biāo)志物,用以指導(dǎo)進(jìn)一步檢查。
?。?)研發(fā)敏感性、特異性和穩(wěn)定性高、適宜推廣的體液生物標(biāo)志物檢測試劑和方法,如超敏ELISA試劑盒、質(zhì)譜分析、全自動電化學(xué)發(fā)光免疫檢測技術(shù)及Roche血液生物標(biāo)志物檢測系統(tǒng)等[18,19]。
(3)實(shí)現(xiàn)生物標(biāo)志物檢測的標(biāo)準(zhǔn)化,通過分析前因素的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一檢測手段和方法、采用自動分析方法等,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可比性,為確定可用于臨床診斷的臨界值奠定基礎(chǔ)[20]。
(4)單憑一種生物標(biāo)志物難以準(zhǔn)確診斷并預(yù)測癡呆的發(fā)生,建立基于多個生物標(biāo)志物的聯(lián)合診斷方案[21],如不同病理環(huán)節(jié)的生物標(biāo)志物聯(lián)合(Aβ代謝異常、tau蛋白代謝異常、神經(jīng)變性、其他病理環(huán)節(jié)),以利于疾病分期、早期診斷和精準(zhǔn)治療。
(5)尋找生物標(biāo)志物需要開展前瞻性研究,目前國際上的ADNI研究存在納入的研究中心較多、異質(zhì)性較大等不足,而AIBL研究存在人群樣本量偏少的缺陷,DIAN研究以家族性AD為研究對象,不能準(zhǔn)確反映散發(fā)性AD的情況。因此,我們應(yīng)汲取上述研究的經(jīng)驗(yàn),采用全國統(tǒng)一協(xié)作模式,統(tǒng)一檢測標(biāo)準(zhǔn),開展基于我國社區(qū)人群的大規(guī)模前瞻性隊列研究。