脑脊液突触蛋白生物标志物：预测阿尔茨海默病认知转归的新希望

《Nature Medicine》：A cerebrospinal fluid synaptic protein biomarker for prediction of cognitive resilience versus decline in Alzheimer’s disease

为探寻阿尔茨海默病（AD）认知障碍（CI）的新型生物标志物，研究人员对 6 个前瞻性 AD 队列的 3397 人进行脑脊液蛋白质组学分析。结果发现脑脊液 YWHAG:NPTX2 突触蛋白比可有效预测 AD 认知转归，该成果有助于 AD 的诊疗及对其病理机制的理解。

　　在老龄化社会中，阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）已成为严重影响老年人生活质量的 “健康杀手”。它是一种常见的年龄相关的神经退行性疾病，其主要病理特征为大脑中淀粉样 β 蛋白（amyloid-beta，Aβ）斑块和神经原纤维 tau 缠结的长期积累，最终导致痴呆。目前，虽然 Aβ 和 tau 蛋白的生物标志物，如脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）和正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）生物标志物，在一定程度上改善了 AD 的诊断、患者分层和药物开发，但它们只能解释 20 - 40% 的 AD 相关认知障碍（cognitive impairment，CI）的差异。而且，Aβ 阳性的认知正常老年人的存在，也凸显了我们对 AD 痴呆和认知弹性机制理解的不足。因此，寻找新的、独立于 Aβ 和 tau 的生物标志物，对深入理解 AD 的发病机制、实现更精准的诊断和治疗至关重要。

为了攻克这些难题，来自斯坦福大学、华盛顿大学、隆德大学等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Medicine》上，为 AD 的研究和治疗带来了新的曙光。

研究人员采用了多种关键技术方法。在样本采集方面，从斯坦福队列、Knight - ADRC 队列、ADNI 队列、DIAN 队列、BioFINDER2 队列、Kuopio University Hospital 队列以及 ROSMAP 队列等多个队列获取脑脊液和血浆样本。在检测技术上，运用 SomaScan 技术对血浆和脑脊液中的蛋白质进行定量分析，部分队列还采用了液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）等技术。统计分析上，借助多种统计模型，如线性回归、逻辑回归和 Cox 比例风险回归等，探究蛋白质水平与认知障碍之间的关联。

研究结果如下：

1. 多队列脑脊液蛋白质组学发现 AD 生物标志物：研究人员对 3397 份脑脊液样本进行蛋白质组学分析，发现 675 种蛋白上调、721 种蛋白下调与 CI 显著相关，且这些蛋白在突触处显著富集。通过训练惩罚线性模型，确定 YWHAG:NPTX2 比值是 CI 的合适标志。该比值与 CI 的相关性在各队列中均得到验证，且在区分不同 CI 阶段个体时表现良好，尤其在区分痴呆与认知正常个体时，曲线下面积（AUC）达到 0.97。此外，YWHAG:NPTX2 比值在解释 CI 方面表现出色，在 A⁺T₁⁺个体中，其能解释 36% 的 CI 差异，比 pTau₁₈₁:Aβ₄₂多解释 27%123。
2. 脑脊液 YWHAG:NPTX2 与已有的神经退行性 AD 生物标志物的比较：与脑脊液神经丝轻链（neurofilament light，NfL）、生长相关蛋白 43（growth - associated protein 43，GAP - 43）和神经颗粒素（neurogranin，Ng）等已有的神经退行性和突触功能障碍生物标志物相比，YWHAG:NPTX2 与之明显不同。在 A⁺T₁⁺个体中，NfL、GAP - 43 和 Ng 仅能解释 1 - 5% 的 CI 差异，而 YWHAG:NPTX2 能解释 31%，比它们多解释 28%，表明 YWHAG:NPTX2 代表了一种与以往报道不同的、与 CI 更密切相关的 “病理”45。
3. 脑脊液 YWHAG:NPTX2 在正常衰老和 ADAD 中的变化：YWHAG:NPTX2 比值在正常衰老过程中增加，甚至在成年早期即开始上升，早于 pTau₁₈₁:Aβ₄₂的变化。在常染色体显性 AD（autosomal dominant AD，ADAD）突变携带者中，其 YWHAG:NPTX2 比值更高，且随年龄增长的斜率更陡峭，与症状发作的估计年龄呈强负相关。APOE4 基因作为散发性 AD 的主要遗传风险因素，也与更高的 YWHAG:NPTX2 水平和更陡峭的年龄相关增加斜率有关。此外，AD 进展过程中 YWHAG:NPTX2 的增加幅度远大于正常衰老，ADAD 症状进展期该比值斜率增加约 3.4 倍67。
4. 脑脊液 YWHAG:NPTX2 与未来 AD 进展的关联：通过对 ADNI 队列的研究发现，YWHAG:NPTX2 能预测未来 Aβ 驱动的 tau 积累，且在预测未来认知衰退方面表现优异。在多个队列的纵向认知随访研究中，YWHAG:NPTX2 显著预测了 A⁺T₁⁺个体的认知衰退和痴呆发作。将个体分为 YWHAG:NPTX2 高、低两组后发现，高组个体未来认知衰退风险显著增加，与 A⁺T₁⁺状态结合，能更有力地预测未来认知衰退89。
5. 定义脑脊液 YWHAG:NPTX2 组用于认知预后：研究人员利用 Youden 指数定义了五个 YWHAG:NPTX2 组，这些组与未来认知结果密切相关。例如，在 MCI 和认知正常的 A⁺T₁⁺个体中，不同组别的个体未来认知衰退风险差异显著，这有助于对患者进行更精准的分层和预后判断1011。
6. 血浆蛋白质组学部分替代脑脊液 YWHAG:NPTX2：由于脑脊液提取具有侵入性，研究人员开发了一种基于血浆蛋白质组学的生物标志物。该血浆特征与 CI 相关，且在一定程度上能反映脑脊液 YWHAG:NPTX2 的特征，可用于预测未来认知衰退，为 AD 的临床监测和研究提供了更便捷的方法1213。

研究结论和讨论部分指出，脑脊液和血浆中的突触蛋白是 AD 中与 CI 最强的 Aβ 和 tau 独立相关因素，脑脊液 YWHAG:NPTX2 比值是 CI 的重要相关指标。它在正常衰老早期就开始增加，可预测 AD 的发病和进展。虽然其代表的生物学过程尚不完全清楚，但推测与突触功能障碍和神经元过度活动导致的突触丢失有关。此外，该研究还表明脑脊液 YWHAG:NPTX2 在早期 AD 的预后评估中具有重要价值，可用于患者分层，辅助临床试验的患者选择和药物疗效评估。同时，血浆蛋白质组学特征的开发为 AD 研究提供了新的方向，有望进一步发展为可广泛应用的脑脊液 YWHAG:NPTX2 的血浆替代指标，用于患者监测、临床试验和研究。这一系列研究成果为 AD 的诊疗和病理机制研究提供了新的靶点和思路，具有重要的临床和科研意义，为攻克阿尔茨海默病带来了新的希望。