从脑脊液识出阿尔茨海默病的5个“分身”！

2024-01-18

临床研究上市批准

*仅供医学专业人士阅读参考阿尔茨海默病（AD）的病理特征包括大脑中的β-淀粉样蛋白沉积和tau蛋白纤维缠结，即当前药物研发的两个重点方向。就在本月初，仑卡奈单抗在中国获批上市，成为首款在国内上市的治疗阿尔茨海默病的抗Aβ药物。但是越来越多的研究表明，AD的发病机制复杂，具有异质性，如果仅仅集中火力攻于β-淀粉样蛋白沉淀和tau蛋白异常，不同患者的临床获益可能会有很大差异。荷兰阿姆斯特丹自由大学的Betty M. Tijms等人通过对609名参与者的脑脊液进行蛋白质组学分析，揭示5种AD分子亚型。这些亚型分别以神经元增生、先天免疫异常激活、RNA失调、脉络丛功能障碍和血脑屏障功能障碍为特点，具有不同的遗传特征、临床结局、生存时间以及脑皮质萎缩特征[1]。这项研究成果强调了AD个体化治疗的重要性，文章于近日发表在《自然·衰老》期刊上。论文首页脑脊液环绕在大脑和脊髓周围，充当缓冲和保护作用，同时也参与营养物质和废物的运输。位置上的接近，使得脑脊液中的成分变化能够直接反映大脑的健康状况。 2020年，Betty M. Tijms等人基于脑脊液蛋白质组学确定了3种AD分子亚型[2]。如今蛋白质组学技术日益改进，研究者们认为是时候对AD亚型的描述进行完善。此次，他们共获取609名参与者的脑脊液样本。其中419人经生物标志物检测诊断为不同阶段的AD患者，包括认知正常、轻度认知障碍（MCI）、痴呆症；其他人具有正常认知能力且未被诊断为AD。总体来看，有1058种脑脊液蛋白质在非AD患者与AD患者之间差异表达。研究者们进一步采用非负矩阵分解（NMF）的方法来对AD患者进行聚类分析，从而根据脑脊液蛋白质组学特征将AD患者分为5种亚型。 5种亚型的脑脊液蛋白质组学特征亚型1的特点为神经元增生。表达上调的蛋白质与神经元可塑性相关，如突触组装、轴突引导、神经元生成、胶质细胞生成等生理过程。与其相关的AD遗传变异是TREM2 R47H。亚型2的特点为先天免疫异常激活。显示小胶质细胞特异性蛋白水平升高，与先天免疫激活有关。与其相关的AD遗传变异是IDUA、CLNK和SCIMP。亚型3的特点为RNA失调（RNA dysregulation）。表达上调的蛋白质参与细胞骨架组成、轴突运输、蛋白酶体功能、蛋白质折叠，尤其是异质核核糖核蛋白（hnRNP）等RNA结合蛋白，表达明显上调。与其相关的AD遗传变异是BIN1、TREM2 R62H、SPDYE3、SNX1、KAT8。亚型4的特点为脉络丛（产生脑脊液的地方）功能障碍。表达上调的蛋白质中有45%参与脉络丛发育，涉及细胞粘附、SMAD通路；此外还有小胶质细胞等免疫细胞特异性蛋白水平升高。与其相关的AD遗传变异是ABCA7、PICALM、IL-34、CLNK。亚型5的特点为血脑屏障功能障碍。白蛋白、纤维蛋白原、纤溶酶原和凝血酶等本不该存在于大脑的蛋白质，在这类亚型患者的脑脊液中水平异常升高，表明来自血液的蛋白质趁血脑屏障受损渗入大脑；与血液凝固、B细胞介导的免疫反应、急性炎症反应等生理过程相关的蛋白质表达上调。与其相关的AD遗传变异是IL-34、ECHDC3、APP。其中，亚型1、2、3患者的脑脊液tau蛋白水平显著升高，而亚型4、5患者的脑脊液tau蛋白水平大多为正常。相比于对照组，所有AD亚型的APOE e4基因变异水平、AD多基因风险评分（PRS）均更高。亚型5的APOE e4基因变异携带者比例为最高。不同亚型由MCI进展痴呆症的风险不同，亚型2、5的风险最高，亚型4的风险最低。不同亚型的生存情况不同，亚型3患者的平均生存时间最短，为5.6年；亚型1患者的平均生存时间最长，为8.9年。此外，磁共振成像（MRI）扫描结果显示，不同亚型的脑皮质萎缩程度。与亚型1、2、5相比，亚型2、4具有更严重的脑皮质萎缩现象。 5种亚型的MRI图像和临床结局最后，研究者们利用来自欧洲、美国等多个不同国家的多组队列进行验证，通过脑脊液蛋白质组学鉴定其AD亚型。结果观察到，与上面的发现队列中的比例相近，27.9%的AD患者为亚型1，35.5%为亚型2，5.8%为亚型3，17.1%为亚型4，16.6%为亚型5，且特征相符。多国大型队列中验证5种AD亚型这些结果意味着，基于脑脊液确定患者AD亚型或有助于选择个体进行特定的治疗。例如，亚型1的患者可能受益于针对TREM2的治疗，亚型2需要先天免疫抑制剂，亚型3需要恢复RNA功能，亚型4可能从抑制单核细胞浸润中受益，而亚型5需要针对脑血管的治疗[3]。同时，某些治疗产生的副作用也可能取决于亚型。例如在抗体治疗，虽然抗体可能更容易穿过亚型5患者的血脑屏障，但这些人发生脑出血的风险也会增加[3]。总之，提到AD，我们总会下意识将其认定为单一一种疾病进行治疗。而这项研究不仅揭示了AD在分子层面的复杂性，也为AD的个性化医疗提供了新的视角。随着研究的深入，我们有望更好地理解AD的复杂机制，并为患者提供更有效的治疗方案。参考文献：[1]Tijms, B.M., Vromen, E.M., Mjaavatten, O. et al. Cerebrospinal fluid proteomics in patients with Alzheimer’s disease reveals five molecular subtypes with distinct genetic risk profiles. Nat Aging (2024). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s43587-023-00550-7[2]Tijms BM, Gobom J, Reus L, Jansen I, Hong S, Dobricic V, Kilpert F, Ten Kate M, Barkhof F, Tsolaki M, Verhey FRJ, Popp J, Martinez-Lage P, Vandenberghe R, Lleó A, Molinuevo JL, Engelborghs S, Bertram L, Lovestone S, Streffer J, Vos S, Bos I; Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI); Blennow K, Scheltens P, Teunissen CE, Zetterberg H, Visser PJ. Pathophysiological subtypes of Alzheimer's disease based on cerebrospinal fluid proteomics. Brain. 2020 Dec 1;143(12):3776-3792. doi: 10.1093/brain/awaa325本文作者丨张艾迪