基于脑脊液蛋白质组学的阿尔茨海默病病理分期及进展预测研究新突破

《Cell Reports Medicine》：Cerebrospinal fluid proteomics identification of biomarkers for amyloid and tau PET stages

本文通过分析脑脊液样本，识别出两个蛋白组，可区分 AD 病理阶段并预测疾病进展。

　　### 研究背景
阿尔茨海默病（AD）作为痴呆的主要病因，其特征为大脑中聚集的淀粉样蛋白 β（Aβ）肽和 tau 神经原纤维缠结（NFTs）增多，可伴有或不伴有认知障碍。目前，评估 Aβ 斑块和 NFT 神经病理负担主要依靠放射性示踪剂的正电子发射断层扫描（PET）成像，以及脑脊液（CSF）和血液中的分子蛋白生物标志物。PET 成像虽准确，但成本高且设备复杂，仅在专业中心可用；而现有的 CSF 生物标志物，如 Aβ₄₂、磷酸化 tau（p-tau¹⁸¹）和总 tau（t-tau），主要针对早期 AD 病理，对中晚期 tau 病理的敏感性不足。准确对 AD 病理进行分期意义重大，既有助于反映未来认知功能，也能为临床试验制定合理的纳入和排除标准。CSF 蛋白质与大脑直接相关，受外周因素影响小，其蛋白质组学研究有望为 AD 的病理机制理解和生物标志物开发提供新视角。

研究设计与参与者

研究旨在识别与 AD 早期和晚期相关的 CSF 蛋白质，共纳入 136 名非痴呆个体作为主要队列，平均年龄 71.50 ± 2.98 岁，41.2% 为女性，34.6% 携带至少一个 APOE ε4 等位基因。参与者平均随访 4.4 年，期间部分人从 Aβ PET 阴性转为阳性，部分进展为痴呆。此外，还纳入了 54 名参与者的独立队列用于尸检验证，以及 354 名非痴呆个体的纵向队列评估临床进展。

蛋白质组学分析

1. 与淀粉样蛋白 PET 相关的蛋白质组学分析：研究人员对 6164 种蛋白质进行多元线性回归分析，调整年龄、性别和 CSF 采集与 PET 扫描的时间间隔后，发现 262 种蛋白质与淀粉样蛋白 PET 的 Centiloid 值显著相关，经错误发现率（FDR）校正后，10 种蛋白质仍具有显著性。其中，CSF p-tau¹⁸¹与 Centiloid 的正相关性最强，其次是 C-C 基序趋化因子 25（CCL25）、动粒蛋白 Spc25（SPC25）等。这 10 种蛋白质在区分 A + 和 A?状态方面具有中等至强的判别能力，CSF Aβ₄₂的曲线下面积（AUC）最高，为 0.90。基因本体（GO）富集分析表明，这些蛋白质主要参与趋化因子受体结合、氧化还原酶活性相关过程以及细胞代谢途径等。
2. 与 tau PET 相关的蛋白质组学分析：通过多元线性回归，识别出 949 种与 tau PET 显著相关的蛋白质，经 FDR 校正后，101 种蛋白质仍显著。关键蛋白质包括 p-tau¹⁸¹、t-tau、14-3-3 蛋白 γ（YWHAG）和葡萄糖 - 6 - 磷酸异构酶（GPI）等。HCLS1 相关蛋白 X-1（HAX1）、YWHAG 和 N-chimerin（CHN1）在区分 tau PET 阳性（T+）和阴性（T?）状态方面表现突出，AUC 分别为 0.78、0.77 和 0.76。GO 富集分析显示，tau PET 相关蛋白质在激酶相关途径、蛋白质降解途径和葡萄糖代谢过程中显著富集。

区分淀粉样蛋白和 tau PET 阶段的蛋白质组学特征

从与淀粉样蛋白和 tau PET 相关的 111 种蛋白质中，通过稳健的特征选择过程，利用最小绝对收缩和选择算子（LASSO）模型，确定了早期阶段判别面板（A + 与 A?T?）的 16 种蛋白质和晚期阶段面板（A+T + 与 A+T?）的 9 种蛋白质。早期阶段面板中的蛋白质主要参与突触功能和可塑性相关途径，晚期阶段面板中的蛋白质则与细胞降解和自噬过程有关。GO 富集分析进一步表明，早期阶段蛋白质在突触功能和可塑性途径中显著上调，晚期阶段蛋白质在能量代谢、钙稳态和胰岛素信号传导相关途径中下调。

早期和晚期蛋白质面板的预测性能

早期阶段蛋白质面板在区分 A + 与 A?T?方面表现出色，AUC 达到 0.95，优于 CSF Aβ₄₂和基线模型；晚期阶段蛋白质面板在区分 A+T + 与 A+T?方面的 AUC 为 0.92，同样超越了基线模型和 CSF Aβ₄₂。敏感性分析证实了这些 AUC 值的一致性。与血浆生物标志物相比，早期和晚期蛋白质面板在区分 PET 阶段方面表现更优。此外，添加特定蛋白质可增强现有 AD 生物标志物和基线模型的性能。

与痴呆进展和认知衰退的关联

时间事件分析表明，早期和晚期蛋白质面板得分高的个体患痴呆的风险显著增加。线性混合效应模型显示，蛋白质面板得分高的个体在 10 年期间认知衰退加速。对单个蛋白质的分析发现，神经丝重链（NEFH）、YWHAG 等多种蛋白质与痴呆风险和认知衰退显著相关。

外部和内部队列验证

在外部 Knight 阿尔茨海默病研究中心（ADRC）队列中，早期蛋白质面板区分 A + 个体与 A?T?对照的 AUC 为 0.99，晚期蛋白质面板区分 A+T + 个体与 A+T?个体的 AUC 也优于传统生物标志物和基线模型。在内部尸检队列中，早期和晚期蛋白质面板在区分 AD 病理阶段方面表现优异，且单个蛋白质与 AD 神经病理评分显著相关。在独立的非痴呆队列中，蛋白质面板和单个蛋白质对痴呆进展和认知衰退具有良好的预测价值。

研究结论

本研究通过整合 CSF 蛋白质组学和机器学习技术，成功识别出两个可准确区分 AD 病理阶段的蛋白质面板，这些面板在预测痴呆进展和认知衰退方面具有重要潜力。研究揭示了 AD 病理过程中不同阶段的分子特征，为 AD 的临床诊断和治疗提供了新的思路和生物标志物。然而，研究也存在一些局限性，如 CSF 采样与 PET 评估的时间间隔、样本量限制、缺乏血液标志物的研究等，未来需要进一步研究加以改进。