博文
阿尔茨海默病脑脊液/血浆生物标志物CSF&plasma Biomarkers in AD
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阿尔茨海默病脑脊液和血浆生物标志物
Cerebrospinal fluid and plasma biomarkers in Alzheimer disease
KajBlennow1，HaraldHampel2，MichaelWeiner3，Henrik Zetterberg1
1瑞典哥德堡大学神经科学与生理学研究所临床神经化学实验室
2爱尔兰都柏林圣三一大学医学院精神病学系
3美国加利福尼亚大学旧金山分校磁共振波谱（MRS）室
摘要
深入的多学科研究为更细致了解阿尔茨海默病（AD）发病的分子机制提供了支撑。相关成果已经转化成为AD新的治疗策略，并认定为具有缓解病情（disease-modifying）效应。目前已有多种最有潜力的疗法在临床试验中验证，如β-淀粉样肽免疫疗法、分泌酶（secretase）抑制剂等。若将缓解病情治疗应用于AD早期阶段（淀粉样斑块和神经变性广泛出现之前），则其疗效最为显著。因此有必要在AD痴呆前阶段通过生物标志物（biomarker）即可发现（针对无症状个体则更理想化）。本篇综述将介绍AD脑脊液（CSF）生物标志物的诊断原理和诊断价值，具体包括总tau蛋白（t-tau）、磷酸化tau蛋白（p-tau）和42氨基酸型β-淀粉样肽（Aβ1-42）。这些生物标志物可反映AD病变特征，可用于预测正常个体发生认知功能衰退，以及认知损害患者进展至痴呆的可能性。本文还将讨论新出现的血浆和CSF生物标志物，并探索采用蛋白质组学方法鉴定CSF生物标志物的策略。最后，将概述CSF生物标志物在药物研发和临床试验中的作用，展望AD生物标志物的发现前景及临床应用可行性。
Blennow K, Hampel H, Weiner M, et al. Cerebrospinalfluid and plasma biomarkers in Alzheimer disease. Nat Rev Neurol. 2010, 6:131–144.
前言
阿洛伊斯·阿尔茨海默（Alois Alzheimer）于1906年在德国蒂宾根（tübingen）一次会议上报告了首个阿尔茨海默病（AD）病例[1]。在报告中，他描述了“粟粒样小体”（miliary bodies，即淀粉样斑块）和“致密原纤维束”（dense bundles of fibrils，即神经原纤维缠结），两者现在被认为是AD典型神经病理特征。1985年，研究者成功纯化了淀粉样斑块核心成分，将这种细胞外沉积物鉴定为4kDa的β-淀粉样肽（Aβ）[2]。这项突破导致了编码淀粉样前体蛋白（APP，该蛋白可衍生出Aβ）基因的克隆。1986年发现神经原纤维缠结由高度磷酸化的tau蛋白构成[4]。1980年代的上述重要成果开启了AD的现代研究，引发了对APP代谢和Aβ生成（图1）、tau蛋白稳态（图2）的深入研究。
本文要点 |
n目前阿尔茨海默病（AD）临床诊断标准需首先确诊痴呆，并主要依赖于排除其他病症。 n若AD缓解病情药物上市，将可应用于疾病极早期阶段（神经变性病变严重和广泛存在之前）。 n伴轻度认知损害（MCI）的前驱型AD患者尚无法通过临床手段发现，因这类患者只有轻度情景记忆损害。 n脑脊液（CSF）生物标志物总tau蛋白（t-tau）、磷酸化tau蛋白（p-tau181和p-tau231）和β-淀粉样肽1-42（Aβ1-42），对AD患者和伴MCI的前驱型AD患者具有较高的诊断准确性。 nCSF生物标志物正迅速应用于AD临床诊断，在临床试验中也具有应用价值，可实现单纯AD患者病例数的精简。 n标示具有改善病情功效的AD药物，在具有改善认知功能的同时，还需具有影响核心病变进程的生物标志物证据。 |
APP和早老蛋白（presenilin）基因（PSEN1、PSEN2）所编码的蛋白均与APP代谢相关，这些基因突变是家族性AD的病因[5]。基于这些突变，大体上可将Aβ，特别是42氨基酸型Aβ（Aβ1-42）认定为AD进程的驱动因素。正因如此，“Aβ级联反应假说”（amyloid cascade hypothesis）推测，Aβ生成和清除的不平衡是引发AD的最初事件，随着Aβ负荷增加最终导致tau蛋白病变、神经元变性和痴呆（图3）。AD研究进展已经转化为新的治疗策略，即研发具有缓解病情（disease-modifying）潜力的药物；目前已有大量抗Aβ候选药物进行各期临床试验，如Aβ免疫疗法、分泌酶抑制剂、Aβ聚集抑制剂等[5]。尽管取得了如此进步，但需注意Aβ级联反应假说在晚发型AD中的确定性并未被证实。
缓解病情药物应用于早期AD患者可能最为有效，此时淀粉样斑块和神经原纤维缠结尚不广泛，神经变性程度尚不严重[7-9]。因此，患者处于痴呆前阶段（前驱型AD，prodromal AD），甚至无症状阶段（临床前AD，preclinical AD）时即得以发现。前驱型AD定义为因AD潜在病变所致的轻度认知损害（MCI），而临床前AD以脑进行性AD病变但尚不足以影响认知功能为特征。如果某种AD药物标示具有缓解病情效应，则该药必须有影响疾病核心进程和神经病理学特征的证据，且对认知功能有积极疗效[10]。
AD早期诊断和缓解病情药物开发过程中遇到的挑战，就是需要能够反映AD进程核心要素的生物标志物。为此，本文将综述AD脑脊液（CSF）和血浆候选生物标志物；重点放在成熟的生物标志物（生物标志物通过不同研究团体在多项研究中评估），提供其临床操作的实用指导并讨论其在临床试验中的潜力。
脑脊液生物标志物
生物标志物是生物学进程和病理学进程的客观指标，用于评估疾病风险或预后、指导临床诊断或监测干预效果。CSF与脑细胞外隙直接接触，能够反映脑生化变化。因此，CSF是AD生物标志物的首选来源。
AD CSF生物标志物可分为基础生物标志物和核心生物标志物（表1）。前者用于鉴别可能与AD混淆或并存的病症，后者用于确定AD的核心病变进程。通过腰椎穿刺获取脑脊液的步骤详见附图1和附表1。附表1中还提供了CSF样品处理的标准操作规程。
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图1 CSF APP片段生成的代谢途径 a. 淀粉样肽形成途径中，β-分泌酶裂解APP后，释放sAPPβ入细胞外液和CSF，质膜上剩余片段（CTFβ）经γ‑分泌酶裂解，生成Aβ1-42和其他羧基端Aβ截断亚型（从Aβ1-40到Aβ1-17）[81，145]。经鉴定，β-分泌酶为β位APP裂解酶1（BACE1）[146]，而γ‑分泌酶为包含四种成分的酶复合体：早老蛋白、nicastrin、早老蛋白增强因子2（presenilin enhancer 2，PEN2）和前咽缺陷因子1(anterior pharynx-defective 1，APH-1)[147]。 b. 在第二条途径中，APP先后经β-分泌酶和α-分泌酶裂解，释放出Aβ短亚型（从Aβ1-16到Aβ1-13）[81，145]。 c. 在第三条途径中，α-分泌酶从APP的Aβ段中部裂解，释放大分子的氨基端衍生物sAPPα入细胞外液和CSF，质膜剩余CTFα片段。α-分泌酶活性被认为由ADAM蛋白酶家族产生[148]。p3肽仅见于细胞培养研究[149]，而未见于CSF[75，150]。 缩写 Aβ：β-淀粉样肽；AICD：淀粉样前体蛋白胞内域；APP：淀粉样前体蛋白；CSF：脑脊液；CTF：羧基片段；sAPP：可溶性APP胞外域。 |
基础生物标志物
基础生物标志物可反映血脑屏障（BBB）状态和脑内炎症过程（附图2）。BBB由脑内毛细血管的限制性渗透作用所形成，以使神经元微环境保持可控状态。CSF/血清白蛋白比值是衡量BBB功能的指标[11]。比值增加提示BBB受损，见于感染[如神经包柔螺旋体病（neuroborreliosis）]、炎症性疾病[如吉兰-巴雷综合征（Guillain–Barré）syndrome]、脑肿瘤、脑血管病（包括多种血管性痴呆，见表1）等一系列病症。单纯AD患者CSF/血清白蛋白比值正常，但伴发脑血管病变者常增加[12]。因此，该比值可有效排除其他脑部损害并鉴别单纯AD患者。
中枢神经系统中，慢性炎症性疾病（如多发性硬化）和感染（如神经包柔螺旋体病）可发生免疫反应，产生鞘内免疫球蛋白（intrathecal immunoglobulin）。该反应可通过CSF IgG和IgM指数定量测定，或通过寡克隆带（oligoclonal bands）定性测定（见附表3）[13]。AD患者绝大多数未见鞘内免疫球蛋白，或仅少量存在（表1），故该项检测是AD临床检查中排除慢性炎症和感染病症的有效手段。
核心生物标志物
理想的生物标志物应与疾病潜在的分子病理机制相关联[14]。已开发的AD核心生物标志物可反映淀粉样斑块、神经原纤维缠结和轴突变性病变（见附表2）。而在活体患者中测定上述病变程度的方法极少。因此，多数AD核心生物标志物研究，集中在寻找生前CSF生物标志物与尸检神经病理结果之间的关联性。但由于CSF检查与尸检存在时间差，且上述研究还存在方法学问题，所以寻找两者之间的关联性仍存在困难。
两项尸检研究分别发现，死后脑室CSF和死前腰椎CSF Aβ1-42均与淀粉样斑块负荷相关[15，16]。单光子发射断层扫描（PET）Aβ配体[尤其是匹兹堡复合物B（PIB）]的应用，可实现活体脑内纤丝状Aβ的直接可视化。几项研究显示11C-PIB保留率与CSF Aβ1-42水平相关联，即11C-PIB结合率高者，CSF Aβ1-42水平较低[17，18]。这些数据提示CSF Aβ1-42水平可反映脑内纤丝状Aβ1-42水平和淀粉样斑块负荷。关于AD患者CSF Aβ1-42减少被广泛接受的解释是，Aβ聚集为斑块（进而Aβ滞留于脑实质）导致实际弥散入CSF的Aβ减少。
多项研究数据提示，CSF中总tau蛋白（t-tau）水平可反映脑神经元和轴突变性的程度。罹患急性病症（如脑卒中、脑肿瘤）的患者CSF t-tau有短暂性升高，升高幅度与组织损伤程度及严重预后发生概率呈正相关[19-21]。CSF t-tau升高者由MCI进展至AD速度更快[22]，且AD患者认知下降更迅速，死亡率更高[23，24]。而CSF t-tau极高者见于神经变性最迅速的病症，如克-雅病[25]。一项研究显示CSF t-tau与死后神经原纤维缠结负荷相关[16]，提示产生神经原纤维缠结的神经元，可能会促进CSFt-tau水平升高。
CSF中磷酸化tau蛋白（p-tau）似可反映脑内tau蛋白磷酸化状态和神经原纤维缠结形成。某些研究中分别测定患者生前和死后CSF p-tau，显示CSF p-tau（磷酸化位点在181位苏氨酸，即p-tau181；或231位苏氨酸，即p-tau231）与新皮层神经原纤维缠结病变，以及海马萎缩速度相关[16，26，27]。CSF p-tau181升高者由MCI进展至AD速度更快[22]，AD患者认知下降更迅速[23]。
多项研究显示，CSFt-tau和p-tau水平在AD患者和健康老年个体之间存在强烈相关性[28，29]。而此种相关性未见于克-雅病和急性脑卒中。在后两种病症，t-tau水平极高（反映神经元损伤程度），而p-tau水平正常[19，30]。汇总数据显示，主要应用p-tau检测即可将AD与其他类型痴呆相鉴别[31-33]。
核心生物标志物检测手段的开发
Aβ为细胞正常代谢产物，经分泌进入CSF，这一过程的发现为开发Aβ这一生物标志物奠定了基础[34]。随后发现，Aβ1-42是淀粉样斑块中最丰富的Aβ亚型，由此导致了针对这一亚型检测手段的开发[35]。多种酶联免疫吸附测定（ELISA）研究均显示，AD患者CSF Aβ1-42水平较之年龄匹配正常老年个体降低约50%[36]。
tau蛋白有多种亚型和不同磷酸化位点（图2）。t-tau检测最常用的是ELISA法，使用单克隆抗体可测得各种tau蛋白亚型，而与其磷酸化状态无关[28]。采用这一方法，多项研究报道AD患者CSF t-tau水平较之正常老年个体升高约3倍[36]。
而ELISA法测定CSF p-tau最常用的是p-tau181或p-tau231特异性抗体（图2）[37，38]。采用此法测定AD患者CSF均显示p-tau显著升高[36]。某项研究还直接比较两亚型p-tau检测，显示两者诊断价值相似[31]。
在发现AD或前驱型AD，以及鉴别AD与其他病症时，CSF t-tau、p-tau和Aβ1-42联合检测的诊断准确性优于单独检测[39-42]。由此已开发出同时定量检测上述CSF生物标志物的多参数检测系统。该检测系统采用xMAP®技术（(Luminex，Austin，TX，USA）[43]，已应用于多项AD生物标志物的多中心研究，并显示较高的诊断性能[39，44，45]。xMAP®法和ELISA法检测CSF生物标志物的实测值并不一致[43]。造成这种差异的原因可能在于检测所用抗体不同，以及抗体与磁珠结合、酶标板包被、定标及孵育等方法的差异。可引入校正因子以直接比较xMAP®系统与不同ELISA法的测定值。
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图2 tau蛋白亚型及其磷酸化位点 tau蛋白是结合于微管的轴突蛋白，可促进微管的装配和稳定。tau蛋白在无髓鞘的皮层轴突中高度表达，特别是在记忆巩固脑区（边缘皮层）[151]。 a. 6种tau蛋白亚型由外显子2、3、10的不同剪接方式所形成[152]。这些亚型均含有三到四个微管结合域（绿框；第4个结合域在10外显子内）。 b. tau蛋白具有多个苏氨酸和丝氨酸磷酸化位点，但在脑脊液中可定量的通常是苏氨酸181（Thr181）或苏氨酸231（Thr231）[37，38]。tau蛋白磷酸化受多种激酶和磷酸酶调控而达到平衡[153]。高度磷酸化的tau蛋白可隔离正常tau蛋白和微管相关蛋白（MAP1和MAP2），导致微管被拆解，从而破坏轴突运输。并且，高度磷酸化的tau蛋白易于聚集成不可溶性原纤维（即成对螺旋丝），进而形成更大的聚集体（即神经原纤维缠结）[153]。微管稳定性的破坏和神经原纤维缠结的形成，均可损伤神经元和突触功能；不过，tau蛋白磷酸化和聚集与阿尔茨海默病的因果关系尚不清楚。 缩写 S：丝氨酸；T：苏氨酸。 |
核心生物标志物的应用价值
阿尔茨海默病
大量研究显示AD患者CSF t-tau和p-tau水平显著升高，而Aβ1-42水平实质性降低。这些研究均显示上述生物标志物可鉴别AD患者与健康老年个体，敏感性和特异性均达80%-90%[36，46]（框1）。需与AD作鉴别诊断的病症（如抑郁症、帕金森病）中，三项生物标志物则为正常[47]。三者或任意两者联合诊断，均优于单独诊断[39，40，44]。例如，一项Aβ1-42和t-tau联合检测研究显示，AD诊断的敏感性由78%-84%（单独检测）提高到86%，特异性由84%-90%提高到97%[40]。
CSF p-tau可辅助用于AD与其他痴呆的鉴别诊断，包括额颞痴呆和路易体痴呆[31]。然而，将CSF生物标志物用于鉴别AD与其他痴呆并非首选，原因如下：首先，多数CSF研究基于临床诊断病例，会产生数量可观的误诊[48，49]；其次，相当多无痴呆的老年个体可伴淀粉样斑块和神经原纤维缠结，足以达到AD的神经病理学诊断标准[50，51]；最后，AD与其他类型痴呆的病理表现可见相当程度的重叠，特别是路易体痴呆和血管性痴呆[52-54]。因此，上述重叠现象从病理实质上证明，通过CSF生物标志物诊断AD，其敏感性和特异性不可能接近100%。
前驱型阿尔茨海默病
各项研究均显示t-tau、p-tau和Aβ1-42联合检测对发现伴MCI的前驱型AD患者具有较高的预测价值[46]，某项研究报告其敏感性达到95%（框1）[39]。其预测价值在大型多中心研究中均得到了证实，如AD神经影像学倡议（ADNI）研究[45]、DESCRIPA研究[55]、瑞典智能项目[44]等。这些项目研究结果表明，在认知损害人群中发现前驱型AD，CSF生物标志物是有价值的临床诊断工具。
无症状阿尔茨海默病
某些研究通过在疾病临床前阶段检测CSF生物标志物，以确定是否可预测AD。两项人群研究发现，认知正常老年个体CSFAβ1-42水平存在显著下降者，未来会进展为AD，而其CSF t-tau和p-tau则无变化[56，57]。另外一项临床研究报道认为，CSF Aβ1-42（而非t-tau和p-tau）可用于预测健康老年个体认知功能下降[58]。并且，家族性AD的无症状个体亦具有较低的CSF Aβ1-42[59]，且CSF t-tau和p-tau较高[60]。总之，上述结果支持了动物实验的研究数据，即认为Aβ产生进程是tau病变的上游事件[61，62]。
一项大型研究显示，认知正常老年个体中PET表现为11C-PIB结合者，其CSF Aβ1-42降低；而该项研究还显示，CSF Aβ1-42降低者同样见于某些无11C-PIB结合个体[63]。可以解释这些结果的事实是，11C-PIB可结合纤丝状Aβ，而不结合Aβ寡聚体或弥散性斑块（见于AD极早期）[64]。这些数据进一步提示，对于认知正常老年个体，在其AD极早期即可将CSF Aβ1-42用于AD预测。不过对于无症状个体AD的预测，其CSF Aβ1-42水平与健康老年个体存在着较大的重叠。并且，通过生物标志物预测无症状人群AD的发生，在缓解病情的特效药物（且较少副作用）通过注册后才可能应用。
经证实的阿尔茨海默病病例
尸检证实的痴呆患者系列研究也显示，CSF生物标志物具有诊断价值。在这些研究中，CSFt-tau、p-tau和Aβ1-42联合检测可鉴别AD患者和认知正常老年个体及其他类型痴呆（如路易体痴呆、额颞痴呆和血管性痴呆）患者，且具有较高的特异性和敏感性[33，45，65-67]。因此，上述患者系列研究显示，将CSF生物标志物作为跟踪神经病变的检测项目，其鉴别能力类似于或优于单纯采用临床诊断。
新型候选生物标志物
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图3 AD淀粉样肽级联反应假说 该假说认为，脑内Aβ生成和清除不平衡导致Aβ水平增加是AD首发事件，并最终导致神经元变性和痴呆的发生[6]。现已确定，在家族性AD可见总Aβ或Aβ1-42亚型生成增加，但在散发性AD中只有证据说明存在Aβ特异性清除障碍。对于这两种类型AD，均认为可溶性Aβ发生构象变化可致其易聚集为可溶性寡聚体，再形成更大的不可溶性纤丝（见于淀粉样斑块）。而Aβ发生构象变化的特异性分子机制大部分尚不清楚。沉积于斑块的纤丝状Aβ可能具有神经毒性，但突触缺失和疾病临床进展主要与可溶性Aβ水平相关[154]。数据显示，可溶性Aβ寡聚体可抑制海马LTP，由此破坏突触可塑性[82]。tau蛋白磷酸化和随后的神经原纤维缠结，以及炎症反应和氧化应激，被认为是AD的下游事件。 缩写 Aβ：β-淀粉样肽；APOE：载脂蛋白E；APP：淀粉样前体蛋白；LTP：长时程增强。 |
CSF中AD生物标志物除Aβ和tau蛋白外，许多文献中对其他生物标志物也有报道，但最初报道中颇有希望的结果并未能重复。在此仅对部分新型生物标志物作一综述，均显示对AD具有较高的敏感性和特异性，且见于至少两项独立研究。此部分还将讨论与Aβ和APP代谢相关的特定生物标志物。
BACE1
Aβ通过β-分泌酶和γ-分泌酶依次作用于APP而生成（图1）。实现β-分泌酶功能的主酶是β位APP裂解酶1（BACE1）。尸检发现AD患者脑组织中BACE1表达及其活性增强[68，69]。BACE1亦可在CSF中测得，在AD及前驱期AD患者均可见BACE1含量和活性升高[70-72]。总之，上述数据提示BACE1上调可能是AD的早期事件。
淀粉样前体蛋白亚型
在APP加工过程中，APP氨基端的可溶性长片段sAPPα或sAPPβ（APP分别经α-分泌酶或β-分泌酶首先裂解所形成）分泌进入细胞外隙和CSF（图1）。在散发性AD及MCI，CSF sAPPα或sAPPβ水平报告未见变化，或略有升高[71，73，74]。尽管sAPP水平在脑内变化尚无一致报道，但作为CSF生物标志物，针对影响APP加工药物进行疗效监测，sAPP也是有价值的工具（表2）。
β-淀粉样肽截短亚型（truncated amyloid‑β isoforms）
Aβ1-40是CSF中最丰富的Aβ亚型[75]。在AD和MCI均未见CSF Aβ1-40有显著变化；而Aβ1-42/Aβ1-40比值则见显著降低，这一变化较CSF Aβ1-42更为显著[76，77]。其他的羧基端截短的Aβ（Aβ1-37、Aβ1-38和Aβ1-39）均见于AD患者CSF[78]。在CSF Aβ1-38升高的个体，可伴Aβ1-42降低[78，79]，提示Aβ1-42/Aβ1-38比值可能会提高AD的诊断准确性。
几种更短的Aβ截短亚型也已被发现，可联合应用免疫沉淀法（抗-Aβ单克隆抗体）、基质辅助激光解吸/电离-飞行时间质谱法（MALDI-TOF-MS）进行定量检测[75]。有报道，CSF Aβ1-16水平在AD患者可见明显增加，并见预期的Aβ1-42降低[80]。实验研究数据显示，在APP加工过程中，通过β-分泌酶和α-分泌酶协同作用这一新型途径，可产生Aβ1-14、Aβ1-15、Aβ1-16等Aβ短亚型，而从Aβ1-17到Aβ1-42等长亚型则通过γ-分泌酶途径产生（图1）[81]。
β-淀粉样肽寡聚体
可溶性Aβ聚集形成不可溶性纤丝状Aβ（淀粉样斑块成分），被认为是AD的核心病理事件（图3）。而实验数据发现，可溶性Aβ寡聚体可能抑制长时程增强（LTP），在AD发病过程中亦发挥作用[82]。因此，CSF Aβ寡聚体可能是AD重要的核心生物标志物。
某些初步研究发现CSF中可见Aβ寡聚体。某项研究中采用的抗体可与DNA标记纳米颗粒相耦联，被用于捕获CSFAβ寡聚体（CSF分别取自尸检的AD患者和年龄匹配对照个体）。经PCR法扩增发现，与对照样本相比，AD患者CSF可见较高检测信号[83]。通过流式细胞术亦发现，在神经系统疾病患者脊椎CSF中存在Aβ寡聚体，但这一技术尚未见到用于诊断AD患者[84]。采用抗Aβ抗体对CSF样本进行免疫沉淀法检测，免疫印迹显示，在AD患者和认知正常老年个体的某些样本中，推测为Aβ二聚体处出现一条弱条带。但在AD患者群体中这一条带的变化并不一致[85]。因此，虽然Aβ寡聚体作为AD候选生物标志物极具吸引力，但针对这种分子还存在某些问题。CSFAβ寡聚体含量似乎大大低于Aβ单体。重要的是，尚需通过质谱分析以验证，通过上述技术测得的信号值是否反映了Aβ寡聚体的实际变化。并且，在大型临床试验中还需开发针对这些分子的适宜检测技术。
表1 AD的CSF生物标志物 | |||
生物标志物 | 病变机制 | AD中的变化 | 评 价 |
基础生物标志物 | |||
CSF细胞计数 | 炎症反应 | 无变化[155] | 用于排除感染性疾病[13] |
CSF/血清白蛋白比值 | BBB功能损伤 | 单纯AD无变化[12]；伴发脑血管病AD轻中度增加 | 比值增加提示BBB功能损伤[11]；可见于CNS感染（如神经包柔螺旋体病）、炎症性疾病（如吉兰-巴雷综合征）、脑肿瘤和脑血管病（包括血管性痴呆）[13] |
IgG或IgM指数； IgG或IgM寡克隆带 | 鞘内免疫球蛋白生成 | 无变化[156] | 用于排除炎症（如多发性硬化、狼疮性脑病）和慢性感染（如包柔螺旋体脑炎或梅毒）[13] |
核心生物标志物 | |||
Aβ1–42 | APP通过促淀粉样肽途径代谢 | 在AD和前驱型AD显著降低[36，46] | 为脑内Aβ代谢和淀粉样斑块形成相关的CSF核心生物标志物[15，17，18]；CSF Aβ1–42降低也见于路易体痴呆[157] |
p‑tau181和p‑tau231 | tau蛋白磷酸化 | 在AD和前驱型AD显著升高[36，46] | CSF p‑tau升高仅见于AD[36，46]；p‑tau181和p‑tau231两者水平密切相关，诊断准确性相似[31] |
t‑tau | 轴突（神经元）变性 | 在AD和前驱型AD显著升高[36，46] | CSF t‑tau升高可见于急性脑损伤病症，如脑卒中、脑外伤和脑炎[19-21]；CSF t-tau极度升高伴p-tau正常，见于克-雅病[30] |
缩写 Aβ：β-淀粉样肽；AD：阿尔茨海默病；BBB：血脑屏障；CSF：脑脊液；p-tau：磷酸化tau蛋白；t-tau：总tau蛋白 | |||
内源性β-淀粉样肽自身抗体
多项研究报道，在CSF和/或血液中存在自然生成的Aβ抗体（呈游离态或与Aβ结合）。而这些研究的结果中，该抗体的滴度水平却不尽一致，AD病例中可出现上升[86，87]、下降[88，89]、未变[90]三种情形。这些研究中所采用的检测方法无法区分Aβ亚型各自的抗体，或是无法区分与抗体结合的Aβ状态（单体或寡聚体）。人类血浆中可见针对各型Aβ（氧化型、焦谷氨酸型和突变型）的自身抗体[91]。Aβ寡聚体的抗体活性最高，但这种活性程度仍无法鉴别AD患者和对照个体[91]。
神经元和突触生物标志物
神经元和突触蛋白可确定为AD有价值的CSF生物标志物，此类分子可能与认知功能和疾病进展有关。视锥蛋白样蛋白1（visinin-like protein 1，VLP-1）是高度表达的神经元钙离子感受器蛋白。在通过基因阵列分析寻找脑特异性蛋白生物标志物的过程中，发现了这一蛋白[92]。关于VLP-1的首次临床试验中发现，AD患者CSF VLP-1水平显著升高。并且，VLP-1区分AD患者与健康老年个体的诊断效度与CSFt-tau、p-tau和Aβ1-42类似，敏感性和特异性均接近80%[93]。携带载脂蛋白E（APOE）ε4等位基因（AD遗传性危险因素）的AD患者CSF VLP-1水平升高，且与简易智能状态测验（MMSE）分数呈负相关。因此，VLP-1有希望作为AD潜在的CSF生物标志物。
神经丝蛋白（neurofilament）是轴突的结构成分，特别是在大型有髓轴突中高度表达[94]。相应地，在某些皮层下病变（如血管性痴呆、正常颅压脑积水）可见CSF神经丝蛋白水平升高[95，96]。在额颞痴呆亦见CSF神经丝蛋白升高，而在多数AD患者中则为正常[97]。因此，CSF神经丝蛋白可用于鉴别AD、额颞痴呆和皮层下痴呆病证。
理想的突触蛋白生物标志物应能反映突触功能及相关的认知功能。采用液相等电聚焦（isoelectric focusing）电泳和蛋白质印记（Western blotting）等蛋白沉淀技术，已鉴定出多种突触前蛋白和突触后蛋白，包括RAB3A、突触结合蛋白（synaptotagmin）、生长相关蛋白（GAP-43）、突触体相关蛋白25（synaptosomal-associated protein 25）和神经颗粒素（neurogranin）[98]。免疫检测法显示，AD患者CSFGAP-43水平高于对照个体和额颞痴呆患者[99]。并且该研究还显示，GAP-43与t-tau水平呈正相关，提示两者均为反映轴突和突触变性的生物标志物。如果针对CSF中这些突触蛋白的检测得以证实，那么在新药临床试验中，药物对突触功能的效果可望通过这些蛋白进行监测。
F2-异前列烷（F2‑isoprostanes）
AD发病机制中包括自由基对神经元的损伤（附图2）。自由基损伤的重要后果即为脂质过氧化，并导致F2-异前列烷的产生，后者可作为该病变机制的生物标志物。多项研究显示，AD患者CSF F2-异前列烷水平高于健康老年个体或非AD型痴呆患者[100]。CSF F2-异前列烷升高亦见于伴认知损害的前驱型AD患者[101]，以及无症状的家族性AD突变个体[60]。相比而言，血浆F2-异前列烷的研究结果则与CSF研究相冲突，原因可能是血浆总F2-异前列烷为脑源性者远少于外周产生者[100]。
生物标志物在临床试验中的作用
除了作为临床诊断工具，CSF生物标志物在新药研发过程中也有应用价值。这些生物标志物作为诊断性生物标志物可用于精简AD病例数和患者分层，作为安全性生物标志物可发现并监测药物的生化效应（表2）。
精简AD病例数
由于MCI患者仅见轻度情景记忆紊乱，所以对临床医师而言，发现早期AD是一项巨大的挑战。并且这些患者可能并无其他症状，或症状较为模糊。要确定MCI患者是否为前驱型AD，临床上唯一的办法是对其认知功能进行数年的随访。但即使是在专业科研机构，经数年随访临床诊断为AD的准确性仍相对较低，敏感性和特异性为70%-80%[102]。而对于早期AD，这一数字在初级医疗机构则更为低下[104]。
框1 阿尔茨海默病生物标志物的评价标准 |
阿尔茨海默病生物标志物诊断价值的评价研究应包括，某种分子对本病敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值[158]。敏感性指该生物标志物确定某病的能力（生物标志物阳性例数/总患病例数）；特异性指该生物标志物确定未患某病的能力（生物标志物阴性例数/总未患病例数）。阳性预测值指生物标志物阳性者中确定患病的百分比（生物标志物阳性确诊例数/生物标志物阳性例数）；阴性预测值指生物标志物阴性者中确定未患病的百分比（生物标志物阴性未患病例数/生物标志物阴性例数）。依照里根夫妇研究所-国立衰老研究院联合工作组制定的理想阿尔茨海默病生物标志物判定标准，生物标志物的敏感性和特异性应>80%，而预测值应≥80%[14]。 |
临床试验显示，对MCI患者使用胆碱酯酶抑制剂未见明显效果。试验的临床终点是AD转化率的降低程度[105]。而这些研究涉及MCI患者均未明确分型，这意味着半数受试者并非前驱型AD，故不可能转化为AD。因此，将这些患者纳入试验，会严重影响对药物可能临床效果的判定[106]。如果将CSF生物标志物阳性作为MCI试验附加的纳入标准，则将增加伴潜在AD病变个体的比例，由此增强判定药物阳性效果的可能性（表2）。
患者分层
在临床水平和神经病理水平，AD均为异质性疾病[5]。因此，具有缓解病情潜力的任何药物，都可能在AD各亚型间存在疗效差异。事实上，有报道说被动性Aβ免疫疗法对APOEε4携带者和非携带者即具有不同疗效和副作用[107]。
因为CSF生物标志物可反映AD核心病变进程，这些分子可应用于临床试验的事后分析，即基于其反映的潜在病变程度对患者队列进行分层。实际上，如患者亚组某种生物标志物特征提示存在淀粉样斑块病变（如CSF Aβ1-42降低），则该亚组患者对缓解病情的抗Aβ药物的反应程度，可能强于CSF Aβ1-42水平正常的亚组患者（表2）。
安全性监测
AD缓解病情药物临床试验已由于副作用而受阻。Aβ疫苗AN1792临床试验中，值得注意的是少量患者发生脑膜脑炎，而在被动性Aβ免疫疗法AAB-001应用过程中导致部分患者出现血管源性水肿[107，108]。在诊断脑炎和BBB损伤性疾病所致水肿方面[11，13]，CSF分析是标准方法，可有效应用于AD缓解病情药物临床试验。
临床试验中，在患者基线水平、治疗前进行CSF分析可发现并排除混淆于AD的某些慢性感染或CNS炎症性疾病（如神经包柔螺旋体病）。假如将这些病例纳入，则会导致错误的结论（如认为试验药物具有导致脑炎的副作用）。基线CSF样本也可与治疗开始后的CSF样本相比较，通过比较有助于发现药物所致的CNS炎症激活副作用。因此，CSF生物标志物可作为临床试验的安全性监测手段（表2）。治疗期间纵向CSF采样可提示，是否试验药物长期应用可诱导损伤性免疫激活。
诊断性治疗标志物（theragnostic markers）
表2 CSF生物标志物在AD临床试验中的应用 | |||
应用 | 具体描述 | 应用时点 | 涉及生物标志物及其作用 |
提高诊断准确性 | 提高受试者诊断准确性，强化患者队列为AD属性 | 试验启动前 | t-tau和p-tau升高、Aβ1-42降低为AD指证 |
AD病例分层 | AD患者CSF生物标志物显示Aβ代谢紊乱者，较之未显示Aβ代谢紊乱者，更易于对抗Aβ药物产生反应 | 事后分析 | Aβ1-42可用于缓解病情抗Aβ药物试验的病例分层；p-tau可用于减轻tau磷酸化或神经原纤维缠结病变药物试验的病例分层 |
安全性监测 | 抗Aβ候选药物（如Aβ免疫疗法）可能会引起副作用，如脑膜脑炎或血管源性脑水肿 | 基线评估及试验期间评估 | CSF细胞计数、IgG或IgM指数及IgG或IgM寡克隆带是发现并监测CNS炎症性疾病的标准检测项目；CSF/血清白蛋白比值是发现并监测血脑屏障损伤及所致脑水肿的标准检测项目 |
诊断性治疗 | CSF生物标志物检测可提示某种药物是否作用于AD患者病变的分子机制 | 基线评估和试验时点评估（包括研究最后一周） | Aβ1-42是Aβ代谢和沉积的主要生物标志物；BACE1抑制剂临床试验中检测APP亚型（sAPPα、sAPPβ）和BACE1活性有一定价值；p-tau是检测tau蛋白磷酸化状态的主要生物标志物；t-tau是有效发现并监测神经元或轴突损伤（下游效应）程度的生物标志物 |
缩写 Aβ：β-淀粉样肽；AD：阿尔茨海默病；APP：淀粉样前体蛋白；BACE1：β位APP裂解酶1；CSF：脑脊液；p-tau：磷酸化tau蛋白；sAPP：可溶性APP胞外域；t-tau：总tau蛋白 | |||
缓解病情的抗Aβ药物针对淀粉样斑块病变的效果，通常采用转基因AD小鼠进行评估；然而，对于散发性AD患者来讲，这种动物模型的预测价值较低[5]。生物标志物则可在动物实验和大型临床试验之间架起桥梁，可通过小样本临床试验，评价某种药物在人类是否具有缓解病情功效。只有最有前景的候选药物才可选作进一步的研究，因此提高了大型Ⅱ期、Ⅲ期试验的成功率。
对于AD这种缓慢进行性疾病来说，药物临床评估若采用量表评定，则需要较大的患者样本量和较长的疗程。对症治疗药物，如胆碱酯酶抑制剂可在短期内改善认知功能（图4）；与之相比，缓解病情药物则不可能对症状及早起效。实际上，此类药物可能要经历数年才显示出认知下降速度的延缓（图4）。因此，欲通过临床试验发现药物对认知功能的效果，缓解病情药物较之对症治疗药物需要更多的受试者，更长的疗程。
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图4 阿尔茨海默病药物疗效的认知功能量表评定 所示为理论上三种疗法24个月内对阿尔茨海默病的疗效差异。患者采用对症治疗药物（如胆碱酯酶抑制剂）期间，初始阶段（前6个月）可见认知功能改善，之后认知功能开始降低，但与接受安慰剂治疗的患者之间仍存在显著差异[159]。接受缓解病情药物治疗的患者认知功能降低程度弱于安慰剂治疗患者，但前者认知功能并未改善。因此，欲通过临床试验发现缓解病情药物对认知功能的疗效，需要比对症治疗临床试验更多的病例和更长的疗程。CSF生物标志物在病情缓解药物临床试验中具有应用价值，可提供药物潜在作用于病变过程的客观证据。事实上，若宣称某种药物具有病情缓解作用，则必须在改善认知衰退的同时具备上述证据[111]。 |
用于发现并监测药物生化效应的生物标志物，称为诊断性治疗标志物。这种生物标志物可用于发现并监测药物的特异性效果和病变过程的下游效应（表2）。临床试验采用诊断性治疗标志物，可实现较少的患者数量和较短的疗程，因此对于确定是否继续昂贵的大型Ⅱ期、Ⅲ期临床试验有应用价值。在AD研究中采用诊断性治疗标志物是可行的，因为纵向采样发现，不同时点CSF t-tau、p-tau和Aβ1-42水平个体内变异性较低[109，110]。其中某些生物标志物也可能作为替代性临床终点（替代性生物标志物），不过这种可能性尚需临床试验的全面评定。最后，诊断性治疗生物标志物对于药物监管也有重要作用；原因在于，只有某药可改善认知功能则才能称之为缓解病情药物，而通过生物标志物可证实药物对核心病变进程的效果[10，111]。
目前，仅初步研究证据提示CSF生物标志物可作为有效的诊断性治疗标志物。重要的是，胆碱酯酶抑制剂和锂制剂（已证实不影响AD发病分子机制）对AD患者CSF核心生物标志物也不起作用[109，112]。而动物研究数据显示，γ-分泌酶抑制剂治疗可降低皮层、CSF和血浆Aβ水平[113，114]。类似地，在非人灵长类，BACE1抑制剂治疗亦可导致CSF Aβ1-42，Aβ1-40和sAPPβ水平降低[115]。AD患者接受有效的抗Aβ治疗后，CSF Aβ水平是否发生变化尚不得而知。强化Aβ清除复合物PBT2的Ⅱa期试验显示，治疗期间CSF Aβ1-42水平呈剂量依赖性降低[116]。并且，淀粉样肽靶向药物phenserine的临床研究数据也提示，CSF Aβ可能对评估疗效有应用价值[117]。由于AN1792 Ⅱa期临床试验的中断，在治疗患者中CSFAβ1-42未见变化，但可见下游生物标志物t-tau降至正常[118]。γ分泌酶抑制剂LY450139临床试验亦未显示对AD患者CSF Aβ1-42的效应（采用ELISA法测定）[119]。然而，采用该药物对年轻健康志愿者进行急性治疗，却显示对Aβ生成率有明确的抑制效果（Aβ生成率通过同位素标记的新合成Aβ测定值与原有的未标记Aβ测定值之比获得）[120]。正在进行的某些缓解病情药物临床试验，已将生物标志物作为试验终点指标。这些试验将提供深入证据以证实是否生物标志物可用于评估缓解病情效应，并作为替代性生物标志物预测疾病结局。
血浆生物标志物
在外周血寻找可靠的AD生物标志物的努力取得了些许的成功。目前已提出数种候选的血液生物标志物，但独立研究尚难以证实这些分子的变化。在接下来的部分，将重点讨论血浆Aβ，它是最广泛应用的AD外周生物标志物检查项目。还将评价某些探索性研究，针对的新型血浆生物标志物显示的结果颇具前景。
血浆β-淀粉样肽
许多研究中检测AD患者血浆Aβ，将其作为生物标志物；但研究结果却不尽一致。某些研究者报告AD患者血浆Aβ1-42或Aβ1-40较年龄匹配健康对照个体轻度升高，但多数研究未发现两组间存在差异[121]。另外，某些研究检测血浆Aβ以探索其在认知正常老年个体中预测AD的价值，发现血浆Aβ1-42和Aβ1-40水平在临床前AD和未发生AD个体间均在较大的重叠。部分研究报告，血浆Aβ1-42升高或Aβ1-42/Aβ1-40比值升高是未来发生AD的危险因素，但另外的研究数据却与之相反[122-125]。这些令人失望的结果或许可以这样解释：由于血浆Aβ源自外周组织，并不能反映脑内Aβ的周转或代谢[76]。并且，因Aβ具有疏水性，需与血浆蛋白相结合，可导致其抗原表位被遮蔽及其他分析干扰现象[126]。
新型血液生物标志物
多种有前景的新型AD血液生物标志物已见于报道。某项研究中对18种血浆信号和炎症蛋白进行多变量联合检测，可准确发现AD患者，并预测MCI个体AD的发病[127]。通过对120种信号蛋白进行微阵列夹心ELISA法过滤筛选，确定了上述蛋白。未来尚需独立研究以判定这套蛋白是否是诊断前驱型AD的最佳生物标志物组合，并进一步评估这一方法的诊断价值。另一项研究探索性采用蛋白质组学技术发现，血浆中补体因子H和α2-巨球蛋白可见AD相关性升高，这一结果已通过半定量的免疫沉淀技术进行重复验证[128]。还有报道，AD患者血浆中心房利钠肽原（pro-atrial natriuretic peptide）中间区/内皮素-1前体羧基端片段比值升高[129]。如果上述研究或其它结果在独立研究中可以重复，所采用的免疫分析技术适宜作为实验室常规检查项目，那么这组血浆蛋白也可能作为AD的筛查项目。
未来展望
CSF生物标志物对于AD具有较高的诊断价值，联合应用这些生物标志物并结合脑结构影像学（CT、MRI）或功能影像学（SPECT、PET）将增加诊断准确性，优于单用CSF生物标志物或影像学技术。目前，仅少数研究直接应用上述项目。据报道，CSF生物标志物联合CT或MCI测定内侧颞叶萎缩程度，可提高AD诊断的准确性[130-132]。另外，联合检测CSF生物标志物水平和脑结构异常程度（通过MRI），可更准确地预测遗忘型MCI转化为AD的可能性，优于单独应用上述工具[133]。类似地，应用CSF生物标志物检测，同时采用133氙（Xe）吸入技术或SPECT技术检测局部脑血流，亦可提高前驱型AD的诊断准确性[134，135]。还有，尽管11C-PIBPET联合CSF生物标志物检测的研究尚未开展，但有研究显示，11C-PIB结合率与CSF Aβ1-42呈强烈负相关[17，18]。
框2 阿尔茨海默病研究性诊断标准 |
下述的可能阿尔茨海默病（AD）诊断标准包括核心标准（早期记忆损害）和支持标准（一种或多种生物标志物阳性）[140]。 核心标准 存在进行性情景记忆损害持续6个月以上的证据（患者自述或知情者报告），并经客观测试证实；记忆损害可单发或伴发其他认知功能变化 选择性支持标准 MRI显示内侧颞叶（海马、内嗅皮层、杏仁体）萎缩（可定性判定或容积定量，并参考年龄匹配人群的特征数据） 脑脊液生物标志物阳性结果（β-淀粉样肽1-42降低、总tau蛋白和/或磷酸化tau蛋白升高） PET显示双侧颞顶叶区葡萄糖代谢减少或β-淀粉样肽配体（18F‑FDDNP或11C标记匹兹堡复合物B）结合率增强 存在家族性AD所致突变 选择性排除标准 病史显示症状突发，或早期症状中包括步态障碍、癫痫发作或行为改变 临床表现见局灶性神经系统体征，如轻偏瘫、感觉缺失、视野缺损或早期锥体外系体征 其他可致记忆损害及相关症状的病症，如非AD型痴呆、重性抑郁、脑血管病、中毒或代谢异常；或内侧颞叶MRI液体衰减反转恢复（FLAIR）或T2加权信号异常，提示为感染或血管性损伤 |
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框3 阿尔茨海默病学会质量控制规程 |
此项质控规程的目的是实现科研和临床实验室脑脊液（CSF）生物标志物测定的标准化。达到这一目的将提高分析准确性并增强纵向稳定性。该规程实施后，生物标志物测定值在不同实验室间（进而在不同文献间）将可直接比较。 该规程由瑞典哥德堡临床神经化学实验室与阿尔茨海默病学会联合实施，多家生物技术公司和参考实验室为其中代表，如阿尔茨海默病神经影像学计划（ADNI）的生物标志物核心团队。CSF相关科研和临床实验室，以及制药公司均实施了该规程。 该规程只对通用的商业检测模式（不适合家庭检测）开放，共有两部分组成。第一部分为腰穿和CSF采样的标准化流程（附表1）。第二部分为实验室外部质控程序，具体包括CSF样品分装并送至成员实验室进行生物标志物分析，以及随后将所得数据输入报表回传。 每个质控周期的最终报告中，均附加各实验室生物标志物测定值的信息，以便于成员实验室间进行生物标志物均值和变异性的比较。另外，还报告各实验室CSF生物标志物水平的纵向稳定性（各检测时点间的偏差百分率）。这些报告作为对成员实验室的反馈，能够发现生物标志物水平超出可接受范围，及其突然变化或纵向漂移。 |
在多种生物标志物联合检测模式确定后，需进行大型多中心试验以验证其诊断价值。在AD背景下，这项试验项目也可提供信息以服务于MRI（检测脑萎缩）和PET（检测Aβ负荷）检测，从而最精确地发现病变脑区。而高分辨率MCI扫描以及新型淀粉样肽配体（如AZD2184），是否可提高诊断敏感性和特异性，尚需补充相关数据[136]。一旦临床实践中推行上述生物标志物，费用方面的考虑就成为重要事项。CSFt-tau、p-tau和Aβ1-42联合检测费用约为200美元，而结构性MRI检测和11C-PIB-PET扫描则分别约为500美元和5000美元。
目前应用的AD诊断标准是25年前推行的NINCDS-ADRDA标准。而AD诊断采用这一标准，很大程度上有赖于排除其他痴呆[137]。并且，依照这一标准，诊断AD需首先判定患者为痴呆（定义为认知症状程度已影响社会活动或工作能力）。精神疾病诊断与统计手册第4版（DSM-Ⅳ）和国际疾病分类第10版（ICD-10）标准，均为AD临床常规诊断所采用，也指出患者诊断为AD前应首先明确为痴呆[138，139]。如果缓解病情药物可应用于AD患者，那么依照这些标准无疑将早期AD患者排除在有效治疗之外。
新的AD研究标准允许将疾病早期阶段纳入到AD诊断中。该标准核心内容为临床表现情景记忆损害、伴一种或多种生物标志物（MRI、PET和CSF生物标志物）异常（框2）[140]。而生物标志物作为临床机构早期AD诊断项目应如何开展，尚需更细致的指南。指南中应详述以下项目：记忆损害评定量表、CSF生物标志物测定项目和参考值、MRI脑萎缩（全脑、海马、内嗅皮层）测定、PET脑区淀粉样肽配体结合测定。关于这些项目的研究才刚刚开始[141]。
CSF tau和Aβ的检测方法已经过验证[43，142，143]。单中心研究对同一批样本同时检测，显示这些生物标志物的生物变异性较低[118，119]。然而，不同中心报告的患者生物标志物水平则存在变异[44，144]。CSF生物标志物水平在实验室间产生的这种变异，将使多中心科学研究和临床试验更加复杂，也使得其通用参考值的采用受阻。
产生各中心间CSF生物标志物水平变异的原因，可能在于临床操作过程的差别，比如腰穿、CSF采样及其他实验室操作步骤的差别，以及批间检测变异。这些变异均为临床化学检验所熟知，实行常规的实验室内部质控程序即可控制。为此，瑞典哥德堡临床神经化学实验室联合阿尔茨海默病学会制定了CSF生物标志物的质控规程（框3）。该规程对腰穿、CSF采样和分析等步骤进行了规范。标准化操作规程将实验室检测前和检测中操作的变异降到了最低，从而实现了不同实验室和不同文献数据的直接比较。为克服CSF生物标志物的批间变异，生物标志物检测试剂盒供应商应实行新的质控标准。测定数据应通过校正曲线显示最低总体变异性，以及批间变异的严格限定值。要实现这一目标，需对关键检测试剂（包括抗体和定标液）进行严格质控。长期目标是，通过上述质控规程的实施，为CSF生物标志物更普遍应用于常规临床实践和多中心临床试验奠定基础。
结论
大量研究显示，联合检测CSF核心生物标志物Aβ1-42、t-tau和p-tau将有效诊断AD患者，并发现MCI病例中的前驱型AD患者。里根夫妇研究所-国立衰老研究院（NIA）联合工作组，曾发布理想AD诊断生物标志物判定标准（附表2）[14]，而上述生物标志物正符合这一标准。CSF基础生物标志物也可作为鉴别单纯AD、排除其他病症的工具（表1）。因此，CSF生物标志物在临床诊断机构可能获得常规应用，但由于三种生物标志物联合检测对无症状AD的阳性预测值较低，故而在认知损害出现前采用上述生物标志物作为AD筛查手段受到了限制。
综述文献选择标准 |
通过PubMed检索关于阿尔茨海默病生物标志物的英文文献，采用下列关键词：“Alzheimer”、“biomarker”、“cerebrospinal fluid”、“CSF”、“diagnosis”、“plasma”、“serum”、“amyloid”、“tau”、“treatment”和“therapy”。并且采用与各部分内容相关的关键词检索。另外，还从首次检索文献的参考文献中再选取文献，并重新阅读自身文献库中已有文献。 |
CSF生物标志物也可作为有价值的新药开发工具。CSF Aβ1-42、t-tau和p-tau作为诊断性标志物在临床试验中得到迅速应用，从而实现AD病例数的精简。而CSF基础生物标志物则作为安全性标志物。最后，小规模研究中应用CSF生物标志物，可为影响AD病变药物提供有价值的生化数据。而这些数据将为确定是否进行昂贵的Ⅱ期、Ⅲ期大型试验提供关键信息。
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附表1 LP及CSF生物标志物分析流程 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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缩写 AD：阿尔茨海默病；CSF：脑脊液；LP：腰椎穿刺 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
附表2 理想AD生物标志物判定标准 | |
理想诊断标志物判定标准 | CSF生物标志物现状 |
可探测到AD发病分子机制或神经病理学的基本特征 | 尸检和PIB-PET研究显示，CSF Aβ1–42是脑内纤丝状淀粉样病变的生物标志物[1-4] 多途径证据显示CSF t-tau可反映轴突变性和受损的程度[5-11]，但形成神经原纤维缠结的神经元可能也会释放t-tau[2] 尸检研究显示CSF p-tau可反映脑内神经原纤维缠结病变[2，12] |
在神经病理学证实AD病例中得以验证 | 在多项尸检确诊患者系列研究中证实，对于区分AD与认知正常老年个体及其他类型痴呆患者，CSF生物标志物具有较高的敏感性和特异性[13-17] |
发现AD以及鉴别AD与其他类型痴呆的敏感性和特异性均>80% | 多项研究显示，AD背景下CSF生物标志物的敏感性和特异性为80%-90%[18，19]；在大型前瞻性研究中亦为同样结果[20] |
在早期阶段（如MCI期）即可发现AD | 多项大型多中心研究显示，对于在MCI病例中发现前驱期AD，CSF生物标志物具有较高预测值[14，21，22] |
具有可靠性 | ELISA法和xMAP®法（Luminex，Austin，TX，USA）等分析方法相关资料均可获取，检测方法具有极佳的抗体特异性和检测性能[23-25] 生物标志物的批内和室内变异性较低，但室间变异性较高，凸显出标准化的必要性[26] |
无创性 | LP可视为适度的有创性操作[27]，但大型前瞻性研究显示，该方法未见严重并发症，认知症状评估过程中，患者自述LP后头痛的可能性极低[28-30] |
操作简单、费用不贵，适合临床常规应用 | 在临床实验室中ELISA法为标准分析技术；CSF生物标志物的临床应用日渐增加。 |
上述AD生物标志物标准由里根夫妇研究所-国立衰老研究院联合工作组制定[27]。 缩写：AD：阿尔茨海默病；CSF：脑脊液；ELISA：酶联免疫吸附检测；LP：腰椎穿刺；MCI：轻度认知功能损害；PIB：匹兹堡复合物B；p-tau：磷酸化tau蛋白；t-tau：总tau蛋白。 | |
参考文献见附件
| 附图1 患者坐位腰椎穿刺 棘突位置已作标记。进针点在L3-L4椎间隙，位于两髂后上棘连线中点。应戴口罩和无菌手套，进针周围区域进行标准消毒。可选做局部麻醉（如1%利多卡因）。可使用无创针（Sprotte）或标准的Quincke针（0.7mm，22G）。为使硬膜针孔最小化，应平行于硬膜纤维斜向进针（与脊柱成90°角）。应缓慢进针并朝向头侧。进针至黄韧带（弓间韧带）时抵抗感略增，再进针几个毫米后抵抗感降低，提示进入蛛网膜下腔。之后抽出针芯，脑脊液（CSF）开始由针管滴出，前几滴CSF弃去。在聚丙烯试管中收集CSF，以避免疏水性蛋白（如β-淀粉样肽）吸附于管壁。操作结束时，缓慢退针（无需复位针芯），穿刺部位绷带包扎。整个操作可在30分钟内完成。腰穿后头痛可见于少数患者，但程度通常较轻，无需处理或温和镇痛（如扑热息痛）即可[1-3]。不会发生其他类型并发症（如脑内感染、血肿）。腰穿并发症的发生率较低，这为其作为认知障碍患者临床评估的标准诊断步骤铺平了道路[1，4，5]。 |
1. Andreasen, N. et al. Evaluation ofCSF-tau and CSF-A42 as diagnostic markers for Alzheimer disease in clinicalpractice. Arch. Neurol. 58, 373–379 (2001).
2. Blennow, K., Wallin, A. & Hager, O.Low frequency of post-lumbar puncture headache in demented patients. ActaNeurol. Scand. 88, 221–223 (1993).
3. Peskind, E. R. et al. Safety andacceptability of the research lumbar puncture. Alzheimer Dis. Assoc. Disord.19, 220–225 (2005).
4. Frisoni, G. B. et al. Markers ofAlzheimer's disease in a population attending a memory clinic. AlzheimersDement. 5, 307–317 (2009).
5. Parnetti, L., Lanari, A., Silvestrelli,G., Saggese, E. & Reboldi, P. Diagnosing prodromal Alzheimer's disease:role of CSF biochemical markers. Mech. Ageing Dev. 127, 129–132 (2006).
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附图2 阿尔茨海默病的CSF生物标志物 图示为神经元及周围星形胶质细胞和毛细血管，并标注阿尔茨海默病的核心病变进程及相应的生化标志物。其中包括Aβ斑块形成的生物标志物，即Aβ亚型（特别是Aβ1-42）、APP亚型（β-sAPP和γ-sAPP），以及BACE1活性；tau蛋白病变和缠结形成的生物标志物，磷酸化tau蛋白（p-tau181和p-tau231）；轴突变性生物标志物，t-tau；氧化应激生物标志物，F2-异前列烷；血脑屏障生物标志物，CSF/血清白蛋白比值；CNS炎症生物标志物，即CSF细胞计数和鞘内IgM和IgG生成。 缩写 Aβ：β-淀粉样肽；APP：淀粉样前体蛋白；BACE1：β位APP裂解酶；CSF：脑脊液；p-tau：磷酸化tau蛋白；sAPP：可溶性淀粉样前体蛋白；t-tau：总tau蛋白。 |
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附图3 鞘内免疫球蛋白生成 该术语指CNS慢性炎症和感染病症中免疫球蛋白的从头合成。免疫球蛋白生成可通过两种技术发现并互为补充。IgG和IgM指数可定量测定，CSF中OCB可定性测定。a. IgG和IgM指数计算公式。通过该公式可得出CNS中生成的IgG和IgM含量。为补偿由血脑屏障正常进入血液的免疫球蛋白含量，公式中被除以CSF/血清白蛋白比值。b. IEF凝胶显示CSF的IgG OCB。CSF蛋白在聚丙烯酰胺凝胶上分离并通过银染显影。正常情况下，多克隆IgG迁移较为弥散。通常将病例个体的血清和CSF并列分析。病例1为AD患者，IEF电泳显示正常（无IgG OCB）。病例2为狼疮性脑病患者，CSF中可见大量IgG OCB。c. 琼脂糖凝胶和蛋白质印记（Western blot）可见CSF IgM OCB。正常情况下，多克隆IgM迁移较为弥散。病例1为AD患者，显示正常（无IgG OCB）。病例2为包柔螺旋体脑炎患者，脑脊液显示2条IgG OCB。 缩写 AD：阿尔茨海默病；AsTf：去唾液酸转铁蛋白；β-TP：β-微量蛋白；CSF：脑脊液；IEF：等电子聚焦（电泳）；OCB：寡克隆带；S：血清。 |
阿尔茨海默病脑脊液和血浆生物标志物（Cerebrospinal fluid and plasma biomarkers in.pdf
https://blog.sciencenet.cn/blog-426290-913025.html
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