IVD前沿丨AD生物标志物及其在临床研究和实践中的应用

在AD中，最早的萎缩部位是在内侧颞叶，向顶叶、额叶和扣带回推进。MRI检测到的脑萎缩与症状的严重程度有特定的关系，可以相对准确地区分AD患者。然而脑萎缩等非特异性特征，不足以分辨AD和其它痴呆类型。在AD药物介入试验中，61.8%的患者使用了结构或功能MRI。近年来，由于需要监测ARIA（一种与淀粉样蛋白靶向免疫治疗相关的常见不良事件），MRI作为临床试验终点的使用越来越增加（如下图）。

Aβ PET示踪剂的发展提供了量化脑淀粉样变的生物标志物。临床上，这些示踪剂与脑淀粉样蛋白负荷相关，并可成功预测MCI患者的AD进展。Tau PET成像比Aβ PET成像更能预测认知功能障碍，特别是在正常认知和淀粉样阳性MCI中。尽管PET示踪剂取得了进展，但PET仍然非常昂贵。此外，Aβ PET不能区分AD与其他淀粉样蛋白阳性疾病，如路易体痴呆。PET示踪剂的半衰期相对较短，给使用造成一定障碍。尽管如此，在36.8%的AD介入试验中，PET通常被用作终点，PET也是淀粉样蛋白免疫治疗试验中最常用的终点（如下图）。

生物流体中的核心AD生物标志物包括Aβ（如Aβ42/Aβ40）和tau蛋白（如p-tau）。非核心生物标志物包括神经退行性变（如NfL）和炎症（如GFAP）类别的生物标志物。脑脊液与大脑直接接触，从而富集了CNS特异性蛋白。有研究表明，Aβ42的脑脊液浓度在AD发病前25年开始下降，约90%的MCI和脑脊液Aβ42阳性患者在9-10年内发展为AD。脑脊液中的总tau蛋白水平可用于估计AD患者神经退行性变的程度，而p-tau对AD和其他tau病具有特异性，在大多数非AD神经退行性疾病中仍然较低。联用脑脊液生物标志物将进一步有助于临床前和鉴别诊断。例如，脑脊液ptau/Aβ42在区分AD与其他痴呆症方面表现出88%的敏感性，特异性为100%。

标准的免疫化学分析方法足够敏感，通常用于量化脑脊液中的Aβ42、总tau蛋白（t-tau蛋白）和p-tau蛋白，且脑脊液诊断结果与淀粉样PET状态和临床诊断具有高一致性。此外，32.4%的AD介入试验中使用了脑脊液生物标志物。

在临床实践中使用脑脊液生物标志物的一个重要限制是它需要侵入性腰椎穿刺，常见的并发症包括背痛和头痛，而罕见的并发症包括感染、脑血肿和脑静脉血栓形成。此外，获取脑脊液并不是一个标准的临床程序，仅限于专门的诊所和工作人员，而且要获得伦理批准来收集用于研究或临床试验的脑脊液是困难的。此外，脑脊液生物标志物反映了一个时间点上生物标志物的产生和清除率，而不像神经成像生物标志物可以直接测量Aβ或tau蛋白负载。

由于浓度相对更低，在血液中检测中枢神经系统来源的生物标志物则更具挑战性。超灵敏免疫分析技术的进步直到最近才允许可靠地检测血液中的CNS衍生蛋白。单分子阵列（SiMoA®）可以在亚飞摩尔浓度下检测血液中的Aβ42、Aβ40、p-tau蛋白和t-tau蛋白（如下图）。目前使用的其他几种类型的免疫分析方法也依赖于超灵敏的检测步骤，包括基于化学发光或电化学发光。同时，基于质谱（MS）的技术也实现了具有高诊断准确性的BBM检测。对于某些分析物，特别是血浆Aβ42/Aβ40，免疫沉淀偶联MS（IP-MS）显示出比免疫分析法更好的性能。

血浆Aβ42/Aβ40水平随着临床进展而降低，Aβ42/ Aβ40水平异常的个体转化为淀粉样PET阳性的风险是15倍。2020年上市的precivityAD（C2N）血浆Aβ42/Aβ40检测预测了686名队列样本的淀粉样PET状态，AUC为0.88（如下图）。血浆Aβ42/Aβ40的一个主要问题是Aβ阳性和Aβ阴性个体间的微小差异。由于外周血Aβ的表达，血浆中的Aβ42/Aβ40比值仅降低了8-15%，而在脑脊液中则降低了40-60%。在血浆中寻找中枢神经系统特异性形式的Aβ，如通过分离神经元来源的囊泡，可能有助于克服目前限制Aβ作为AD BBM的生物学因素。

血浆p-tau蛋白已经成为一种很有前途的AD生物标志物，可能同时反映Aβ和tau蛋白的病理。血浆p-tau181在临床前AD阶段也会增加，并随着临床阶段的进展而进一步增加。血浆p-tau181与Aβ42和NfL联合使用时，可以在临床发病前8年预测AD。此外，血浆p-tau181的个体内变异性较低，有助于测量治疗反应。

血浆p-tau217也可以跟踪AD中枢神经系统变化，并可能优于p-tau181。血浆p-tau217不仅在临床分期中表现良好，而且在区分AD与正常认知能力和其他神经退行性疾病方面可能优于血浆p-tau 181。

血浆p-tau231作为AD病理的生物标志物获得了关注，但在区分AD和非AD神经退行性疾病方面的表现并不优于p-tau181。对血浆p-tau231的纵向测量并不能预测临床前AD的认知能力下降。虽然血浆p-tau231可以在淀粉样蛋白或tau PET之前检测AD病理，但更大规模的纵向研究和检测标准化是有必要的。

大多数血浆总tau蛋白来源于外周来源，最近开发了一种可以选择性地结合脑源性tau蛋白的抗体。另一种检测外周中枢神经系统特异性t-tau的有前途的途径是通过从血液中分离神经元来源的囊泡。

与神经成像和脑脊液生物标志物相比，BBM具有微创、成本效益、高可扩展性，可在低资源环境中使用。在临床实践中，BBM有潜力解决目前检测限制导至的AD高误诊率和诊断不足。BBMs还可以改进AD药物的临床试验设计。在AD临床试验的招募阶段，在PET扫描前使用血液p-tau检测进行预筛查可节省了58%的成本。

在过去的5年中，BBMs作为AD介入试验终点的使用大幅增加。26.5%的试验将生物标志物列为主要或次要终点。用BBMs检测淀粉样变筛选可能受益的个体对于抗Aβ免疫治疗的成功至关重要。但在抗Aβ免疫治疗试验中，只有Solanezumab试验将BBMs作为主要或次要终点。

许多因素，如年龄、基因型和性别，对AD病理和生物标志物水平有影响。某些医疗状况，如既往中风、糖尿病、高体重指数（BMI）、血脂异常和慢性肾脏疾病（CKD），也会影响BBM水平。共病究竟会在多大程度上影响参考值的可靠性和BBM数据的解释仍有待确定。

人口多样性、社会经济差异和生活方式对生物标志物水平影响也才刚刚开始被研究。美国多民族研究显示了不同种族/民族中有不同的BBM水平，但种族/民族并不影响BBMs预测淀粉样蛋白PET阳性的能力。在当地验证BBM并解释可能的混杂因素的工作仍在进行，需要保守使用AA指南建议的截止值和不确定区域。

神经元来源的细胞外囊泡（NEVs）可能携带神经元特异性的AD生物标志物。有证据表明，从血液中分离出NEV可以检测生物标志物的中枢神经系统特异性变化。

一些研究已经使用ExoQuick和L1-CAM IP从血浆中富集NEV，并量化AD相关的生物标志物含量。血浆NEV中Aβ42、t-tau和p-tau181的水平随着临床分期的进展而增加，并与脑脊液生物标志物相关。NEV Aβ42、t-tau和p-tau181可以在临床诊断前10年预测AD的发展，且可以预测患者在接下来的三年中从MCI向AD的转化。

虽然NEV在AD的BBM领域有潜力，但还处于起步阶段。目前关于NEV分离方法缺乏共识和标准化协议，建立可靠的分离和检测方法将鼓励发现新的靶点，并提高测量血液中中枢神经系统特异性变化的能力。

AD生物标志物领域发展迅速，紧跟技术进步。超灵敏免疫分析和质谱技术的出现和优化现在非常接近于建立脑脊液和血液生物标志物之间的等价性。在这些生物液体中定量的核心AD生物标志物已经达到了与PET相似的诊断和预后准确性。血液作为一种AD核心生物标志物的来源的广泛采用将有利于临床实践和介入试验。最近，从血液中分离出的NEV在研究核心和非典型AD生物标志物方面显示出了良好的结果。但被视为AD生物标志物的可靠来源之前，NEV流程标准化是有必要的。