早期诊断阿尔茨海默病的7大影像标记物,值得收藏!

2017-07-13 12:54 来源:丁香园 作者:方琪
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阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)俗称「老年性痴呆」,是一种起病隐匿,发生于老年和老年前期,以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的中枢神经系统退行性病变。AD 是最常见的痴呆类型,约占总痴呆的 60-80%。全球目前每 3 秒就新增一例痴呆患者,其中每 4 个人当中就有 1 个是中国人。2016 全球失智症报告指出,2015 年全球已有 4680 万的痴呆患者,预计到 2050 年痴呆人数将达到 1.315 亿,给家庭和社会带来了沉重的负担 1

目前 AD 病因不清,发病机制不明,存在多种假说,包括β-淀粉样蛋白级联假说、 tau 蛋白假说、 神经递质假说、 脂质代谢假说、 免疫炎症假说和线粒体功能障碍等。近年来 AD 药物研发失败居多,AD 尚无有效根治措施,临床确诊后已无法治愈。2011 年美国国立老化研究院-阿尔茨海默协会(NIA-AA)诊断标准认为:AD 是一个包含无症状期(临床前 AD)、痴呆前期(AD 所致轻度认知损害)与痴呆期(AD 所致痴呆)的三阶段连续疾病谱 2。在这段漫长的临床前期中,病理生理改变在出现临床症状的 15~20 年前就已经开始。对 AD 干预时间太晚可能是治疗失败的关键原因。因此,早期诊断、及时干预是目前唯一有效延缓疾病进展的措施。

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图 1  AD 的三阶段连续疾病谱 3

最早的 AD 诊断标准始于 1984 年,只关注临床症状;2007 诊断标准的最大创新就是将生物标志物纳入到核心诊断标准中。最新的 IWG-2 诊断标准即是结合 AD 临床表型和生物标志物异常 4。利用各种生物标志物检测脑内 AD 相关病理改变,使得 AD 的诊断阶段不断提前,为疾病早期识别、及时干预争取了有效时间窗。

目前用于辅助 AD 诊断的生物标志物主要分为两大类:体液标志物和影像标志物 5

体液标志物

1. 脑脊液标志物

脑脊液(CSF)可直接反映脑组织的病理改变,与 AD 相关的核心脑脊液标记物包括 Aβ42、总 tau 蛋白(t-tau)和磷酸化的 tau 蛋白(p-tau)。其中,Aβ42 反映了皮层淀粉样蛋白沉积;t-tau 蛋白反映了神经变性的密度;p-tau 与神经元纤维缠结病理改变相关。这些核心 CSF 标记物有较高的诊断准确性,在 MCI 期的敏感度和特异性可达 85-90%;不仅可作为 AD 痴呆期的诊断标志物,还可用于预测 MCI 的转归。

此外,研究还发现了与 AD 进展相关的新型脑脊液标记物,主要包括 Aβ代谢通路相关分子和突触类标记物。Aβ代谢通路相关分子包括 Aβ42/Aβ40、APP 亚型(sAPPα, sAPP β)、BACE1、Aβ寡聚物和总 Aβ等。Aβ寡聚物是 Aβ的毒性聚集形式,最终引起突触功能失调。研究发现 AD 患者 CSF 中 Aβ寡聚物含量升高,但与对照组重叠部分较大。CSF 中可检测到的 Aβ寡聚物较少,利用 ELISA 定量 Aβ寡聚物难度较大,因此限制了其临床使用,需要进一步更敏感的检测手段。突触类标记物,如树突神经颗粒蛋白,主要参与长时程增强和记忆巩固。CSF 高浓度的神经颗粒蛋白能预测 MCI 向 AD 的转化,并与随访过程中快速记忆损伤相关。突触前蛋白 SNAP25 在疾病前期升高。这些突触类标记物可反映认知症状和治疗反应之间的关系。此外,研究还发现 CSF 中 D-丝氨酸水平增加可能也是早期 AD 诊断的标志物之一。

2. 外周血标记物

血液与 CSF 相比易于获取,侵袭性小,是临床试验的理想标本。目前已有多项研究开始联合应用外周血蛋白、脂质和代谢物等含量来区分 AD 患者和正常人群,如外周血细胞膜的 Aβ42 二聚体含量、可抑制 Aβ纤维化和解聚 Aβ纤维的血浆凝溶胶蛋白(GSN)和 GSN 主要降解酶 MMP3 等。此外,测量外周血的 CNS 特异性成分(如 tau 蛋白、Aβ含量)也是方法之一,但外周血中这些成分含量较低。目前关于外周成分是否能够真正代表中枢改变,仍存在一定质疑。

3. 尿液标志物

研究发现 AD 早期及 AD 患者尿液中 AD7c-NTP 蛋白含量增加,该蛋白与神经原纤维缠结相关,因此有可能成为 AD 早期诊断的生物标志物之一。

影像标志物

1. 淀粉样蛋白正电子发射断层显像(Amyloid PET)

淀粉样蛋白级联瀑布学说是目前 AD 发病机制的主流学说之一。Amyloid PET 可以提供淀粉样斑块在大脑的分布和含量,与尸检结果一致率高,可作为活体显示 Aβ病理改变的最直接的诊断标志物。目前临床常用的 Amyloid PET 成像的配体主要有:11C-PIB、florbetapir、florbetaben、flutemetamol 和 AZD4694。这些配体对于皮层淀粉样变性具有较高的准确性 6。研究发现家族性 AD 患者在无症状期未出现脑萎缩和脑代谢减低时,已出现了脑内淀粉样蛋白沉积,说明 Amyloid PET 有可能是最早出现的生物标志物。然而,脑淀粉样变性是 AD 诊断的必要非充分条件。非痴呆老年人长期 Amyloid PET 随访研究显示,认知正常的老年人可出现淀粉样蛋白沉积,且随年龄增长而逐渐增加。目前 PET 由于其价格昂贵、扫描设备等问题应用仍存在一定局限性。

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图 2   无症状健康对照组(HC)、MCI 和 AD 患者的 Amyloid PET 成像 6

2.葡萄糖代谢 PET(FDG PET)

FDG PET 用于测量神经元和胶质细胞的葡萄糖摄取情况,被认为是突触功能变化最敏感的指标。AD 患者可出现典型的颞顶区、后扣带回皮质和楔前叶葡萄糖代谢降低,具有 90% 敏感性以识别出 AD 与其他类型痴呆。也有研究发现,AD 早期颞叶出现高代谢,提示可能为疾病早期代偿表现。携带载脂蛋白 APOEε4 等位基因认知正常受试者也被发现与 AD 相似脑区的代谢异常。因此,作为衡量脑功能改变的指标,FDG PET 对 AD 疾病进展过程中脑功能改变的评估诊断价值更高。

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图 3  AD 患者的 18F-FDG PET 成像 7

3. 结构磁共振(sMRI)

sMRI 可测量区域性或全脑体积大小,反映因细胞损伤、轴突退变、突触失调引起的结构萎缩。最早出现并进行性加重的内侧颞叶结构萎缩可能是 AD 早期出现的特征性改变,其中海马萎缩,被认为是 MCI 进展到 AD 痴呆的最佳标志物。研究还发现,AD 早期人群的皮层灰质、内嗅皮层和海马旁回也存在萎缩。MCI 患者可出现皮质厚度变薄和全脑体积变小,可用于预测 MCI 向 AD 的转化。2011 年 NIA-AA 诊断标准将 sMRI 作为 AD 神经损伤标记物之一;然而 2014 年最新的 IWG-2 标准认为 sMRI 可能更适合用于测量和监测疾病过程。

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图 4  正常对照组(CN)、aMCI 和 AD 患者的海马体积结构 MRI 成像 3

4. 功能磁共振(fMRI)

大脑接受刺激后,神经细胞活动、局部脑血流、区域的耗氧量发生改变,fMRI 通过血流动力学反应与脑神经细胞活动之间的密切关系,可反映神经元和突触功能异常。fMRI 主要包括静息态和任务态 fMRI 两大类。研究发现,MCI 和 AD 患者存在静息网络、情节记忆网络、语义记忆网络、视空间记忆网络功能受损。脑内出现淀粉样蛋白沉积但认知功能正常的老年人、APOEε4 基因携带的认知正常老年人,也存在与记忆相关的网络连接性下降,这些研究结果提示脑功能障碍可能在 AD 早期即已出现。此外,研究还发现记忆相关网络(特别是海马)呈现非线形损害模式,即症状发生前期和轻度损害的 MCI ,影像学可首先表现为海马的高活性,随着病理的进展海马功能将逐渐减弱。多项研究已证实,AD 疾病进程中功能连接的改变早于明显的灰质体积萎缩。因此,fMRI 有可能成为诊断 AD 的早期生物标志物之一。但是 fMRI 具有血流动力学及氧代谢依赖,fMRI 成像产生的对比增强依赖于脑血流量、脑血容量和脑代谢水平/耗氧量,这些 fMRI 是一种间接的表现,不能直接地反映神经元活性。且目前关于 fMRI 不同研究间的结果变异较大,fMRI 用于 AD 早期诊断还需更多研究进一步验证。

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图 5  正常对照组、MCI 和 AD 患者的 fMRI 默认网络功能连接示意图 3

5. 弥散张量成像(DTI)

DTI 利用水分子的弥散各向异性进行成像,可用于脑白质纤维研究。皮层连接的结构基础为各皮层之间白质纤维束,AD 目前被认为是一种进展性的皮层失连接综合症。DTI 研究发现 MCI 存在诸多白质区域完整性破坏,如额叶、颞顶叶、下额-枕叶束、上纵束、胼胝体和扣带束等。与功能连接类似,AD 疾病进程中结构连接的改变早于明显的灰质体积萎缩。这些结果提示 DTI 有可能作为 AD 早期诊断的生物标志物。

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图 6  aMCI 患者的 DTI 成像 8

6. T2 弛豫时间成像

T2 弛豫时间是磁共振固有参数,值取决于组织本身的特点,是组织微结构完整性的间接指标,是脑内各种病理改变的综合反映。研究发现 AD 患者中,存在海马等多脑区 T2 值改变,且动物模型研究发现,在动物疾病早期斑块出现之前多脑区即出现 T2 弛豫时间值改变。AD 早期存在诸多灰白质脑区脑组织微结构完整性改变,这些微结构完整性改变明显早于体积萎缩。但这些微结构完整性改变并非 AD 特性性改变。T2 弛豫时间成像可能是 AD 早期脑组织微结构完整性的良好生物标记物。

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图 7  AD 患者的 T2 弛豫时间成像 9

7. tau 蛋白成像

利用 tau 蛋白的氟化配体进行 tau 蛋白成像目前也是研究热点。Tau 蛋白配体聚集与 AD 临床症状符合;且与 Amyloid PET 相比,与基础代谢率减退和脑萎缩更相关。目前 Tau 成像主要用于临床药物试验,对于其临床诊断价值仍需进一步证实。

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图 8  AD 患者以 18F-THK5117 和11C-PiB 为显影剂的 tau 蛋白和 Aβ成像 10

8. 其他

此外,反映大脑血流量相关信息的单光子发射计算机体层扫描(SPECT)和动脉自旋标记(ASL)MRI,检测神经炎症及神经递质系统(胆碱能系统、多巴胺能系统,五羟色胺能系统组胺能系统和外周苯二氮䓬系统)改变的 PET 成像和磁共振波谱成像(MRS)等,也是 AD 早期诊断标志物的研究热点。

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图 9  AD 疾病进展中生物标志物改变 11

小结

综上所述,AD 早期诊断标志物的应用仍处于科研与临床应用的过渡期,还没有哪一种方法能够单独的作为 AD 早期诊断标记物。研究多推荐联合多种生物标记物进行早期诊断,如海马体积、FDG PET、Amyloid PET、CSF Aβ42、t-tau 和 p-tau。AD 诊断标准也在不断更新中。虽然目前 AD 早期诊断仍存在一定难度,如以上标志物的检测缺乏一定的规范和标准、患者缺乏对 AD 早期的认识和接受度等;但是生物标志物在 AD 早期诊断中意义重大,为疾病早期识别、及时干预争取了有效时间窗,是目前唯一有效延缓 AD 进展的措施。

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编辑: 陈珂楠

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