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脑脊液神经粒蛋白和APOE4对轻度认知损伤和阿尔茨海默病理的影响

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  脑脊液(CSF)中神经颗粒蛋白(Ng)已成为轻度认知障碍(MCI)和阿尔茨海默病(AD)患者认知功能下降的一个重要生物标志物。载脂蛋白E4(APOE4)等位基因是AD的遗传危险因素,但Ng在MCI或AD中的病理作用是否与APOE4有关尚不清楚。

  

  重庆医科大学的张华团队验证了CSF Ng在正常情况下增加的APOE4阳性与阴性的比较,还报道了CSF中Ng依赖于APOE4反映神经退行性病变的关系。研究结果支持CSF Ng是AD突触病理学的生物标志物,并且CSF-Ng在MCI病理生理中的作用可能与APOE4有关

  淀粉样蛋白(Aβ)细胞外沉积和过度磷酸化Tau蛋白胞内形成神经原纤维缠结,是AD的主要病理特征,但病因和发病机制尚不清楚,已有很多全基因组研究表明APOE4等位基因与AD相关,是迄今为止最一致的遗传风险因素。

  与非携带者相比,APOE4携带者倾向于表现出认知能力的加速下降。AD中的突触缺失和功能障碍是进行性认知功能下降的一个重要因素,也是AD进展的一个早期特征。此外,Aβ沉积和神经原纤维缠结也与海马中的突触缺失与认知损伤的程度有更密切的关系。因此,突触蛋白生物标志物是AD早期诊断的有效工具。

  此外,在AD疾病改良治疗的临床试验中,突触蛋白生物标志物可以潜在地监测疾病进展,评估药物对突触功能障碍和退行性变的影响。神经颗粒蛋白(Ng)是一种含有78个氨基酸的突触后蛋白,在长时程增强和记忆巩固中起着关键作用,它调节钙调素的浓度从而对神经元兴奋后细胞内钙浓度进行调节

  在轻度认知障碍(MCI)患者中,高浓度的Ng可预测临床随访期间的认知能力下降。此外,高浓度的Ng与海马体积的纵向减少和皮质葡萄糖代谢紊乱有关。

  在这项研究中,作者将250名参与者分为认知正常(CN)APOE4阴性(CNε4−)/APOE4阳性(CNε4+),MCI APOE4阴性(MCIε4−)/MCI ε4阳性(MCIε4+),AD APOE4阴性(ADε4−)/ APOE4阳性(ADε4+),受试者特征见表1。

  

  表1 受试者特征统计

1、APOE4阳性/阴性组中脑脊液Ng浓度

  与CNε4−相比,MCIε4+、ADε4−、ADε4+组脑脊液Ng水平明显升高。MCIε4+组和ADε4−组中观察到较高的Ng浓度。MCIε4−和MCIε4+组中, APOE4阳性受试者的脑脊液Ng水平显著增加,但CN和AD组中显著差异(图1)。

  

  图1 各组组别CSF-Ng水平

2、CSF中Ng水平与Aβ和Tau的关系

  采用受试者操作曲线(ROC)分析检测与临床诊断相关的CSF生物标志物,比较来看,CSF Ng、T-tau和P-tau对MCI有较高的诊断准确率,在AD组中准确性相似。然而,与T-tau和P-tau相比,Ng、T-tau或P-tau合应用并不能显著提高MCI的诊断准确率(图2)。

  

  图2 ROC分析检测结果

3、脑脊液Ng、T-Tau和P-Tau的诊断准确性

  在接受纵向评估的受试者中,有18人在随访期间发展为MCI或AD,73名MCI参与者在随访期间发展为AD。作者研究CSF-Ng预测从CN到MCI或AD以及从MCI到AD的转换,并将Ng作为一个连续变量进行了比例风险模型的研究,发现 CSF-Ng不能显著预测从CN到MCI或AD或从MCI到AD的转化。

4、CSF中Ng和APOE与认知和大脑结构有关

  高水平的CSF Ng与MMSE(精神状态检查)评分低有关,通过FDG-PET显示,不同诊断组的脑脊液Ng与心室容积无相关性(图3A,B)。在MCI组中,高CSF-Ng水平与MCI海马体积降低有关,但在ADε4−与其他组中,未发现此类关联(图3C)。

  

  图3 FDG-PET检测结果

讨 论

  本研究有四个主要发现:第一,在APOE4阳性参与者中,MCIε4+组Ng水平明显高于MCIε4-组, 然而,在CN和AD组中没有相关联系。其次,CSF-Ng与T-tau和P-tau密切相关,而与Aβ42无关。第三,在AD和MCI组中,CSF Ng、T-Tau、P-Tau对MCI的诊断准确率几乎相同,其联合应用并没有显著提高诊断的准确性。最后,高水平Ng仅与MCI低MMSE评分相关。此外,在MCI组中,CSF-Ng与海马体积降低相关。

  有趣的是,在MCI组中,APOE阳性的CSF Ng浓度显著高于阴性组,但在AD和CN组中,APOE阳性与阴性CSF Ng无此差异,这说明脑脊液Ng可能是AD相关突触变性的早期标志物,提示CSF Ng在MCI病理生理中的作用可能与APOE4状态有关

  以往的研究表明,在MCI患者和AD患者中CSF-Ng显著升高和Aβ水平异常尤其明显,然而,CSF-Ng与Aβ的关系在病理学上仍有争议,一些研究表明在AD患者中,CSF-Ng阳性或阴性与Aβ42或Aβ40相关,但也有其他研究也报道在AD样本中CSF-Ng水平与Aβ42不相关。在本研究中,除了CNε4−组,CSF-Ng与Aβ无相关性。最有可能的结果是,Aβ导致的突触损伤与突触退行性变是弱相关的。

  与之前的研究一致,作者发现在每种诊断方法中,CSF-Ng水平升高与T-tau和P-tau相关。有趣的是,在MCI组中,T-tau和P-tau浓度在APOE4携带者中显著增加,但在AD组和CN两组间T-tau和P-tau浓度无显著性差异。结果提示,尤其是MCI患者,Tau或APOE4引起的轴突损伤可能与突触变性有关,所以重要的问题是确定脑脊液生物标志物(如Ng、Aβ, MCI人群中的T-tau和P-tau)。

  作者接下来试图检测CSF-Ng是否能改善MCI和AD患者痴呆水平的鉴别诊断,与传统的AD生物标志物(如CSF-T-tau和P-tau)相比,所有的生物标志物都能将MCIε4+与CNε4−组、ADε4−与CNε4−组、ADε4+与CNε4−鉴别区分,但无法区分MCIε4−与CNε4−组

  在诊断准确性方面,CSF-Ng对MCI的不同表现可能是由于较少MCIε4−受试者会发展为AD,而更多的MCIε4+的受试者会发展为AD。众所周知Tau蛋白主要分布在神经元的胞体和轴突中,然而最近的证据表明Tau也是一种树突状蛋白。从而可以提出一个重要的问题:Tau蛋白在突触后的作用是什么?

  最近的数据表明,树突中的Tau似乎可以调节记忆存储的塑形机制。突触可塑性的持续变化被认为是记忆储存的细胞相关因素,在与记忆有关的突触可塑性现象中,突触强度可以是长时程增强(LTP)或长时程抑制(LTD),并且这些变化可以持续数小时到数天,Ng一种是突触后蛋白,主要在皮质和海马中表达,位于树突棘中,在调节LTP和学习中发挥关键作用。

  因此,CSF-Ng和Tau单独或联合诊断的准确性是相似的,因为它们可能捕捉到AD中相同神经退行性变过程的不同变量元素。此外,CSF-Ng不能显著预测CN到MCI或AD以及MCI到AD的转化,提示CSF-Ng在预测认知正常的MCI患者向AD进展方面不敏感。

  总之,作者认为CSF-Ng在MCI病理生理中的作用可能与AOPE4有关。未来的研究将进一步探讨两者之间的关系及其相关机制,为Ng在AD等神经退行性疾病的临床研究、试验和实践中的潜在作用提供更多的证据。

  参考文献:

  1、Wellington, H., Paterson, R. W., Suárez-González, A., Poole, T., Frost, C., Sjöbom,U., et al.(2018).CSF neurogranin or tau distinguish typical and atypical Alzheimer disease. Ann. Clin. Transl.Neurol.5,162–171.doi:10.1002/acn3.518.

  2、Xia, Z., and Storm,D.R.(2005).The role of calmodulin as a signal integrator for synaptic plasticity. Nat.Rev. Neurosci.6,267–276.doi:10.1038/nrn1647.

  3、Xue,M., Sun,F.R., Ou,Y. N., Shen,X.N., Li,H. Q., Huang, Y.Y., et al.(2020). Association of cerebrospinal fluid neurogranin levels with cognition and neurodegeneration in Alzheimer’s disease. Aging12, 9365–9379. doi: 10.18632/aging.103211

  编译作者原代美少女 (Brainnews创作团队)

  校审: Simon (Brainnews编辑部)

  

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