為何MTBR-tau243能成為最新的阿爾茨海默病生物標(biāo)志物

阿爾茨海默病（AD）的兩個(gè)決定性特征之一是聚集的不溶性tau蛋白。由于tau蛋白聚集體與臨床癥狀密切相關(guān)，因此藥物開發(fā)和臨床診斷需要成本效益高且易于獲得的特異性液體生物標(biāo)志物來追蹤tau蛋白聚集物。然而，最新研究表明，目前可用的液體生物標(biāo)志物尚無法特異性地監(jiān)測(cè)tau蛋白聚集物。Horie K等人發(fā)現(xiàn)，含有第243位殘基的tau微管結(jié)合區(qū)（MTBR-tau243）是一種新型的腦脊液生物標(biāo)志物，能夠特異性地反映不溶性tau蛋白聚集體。

1.Tau-PET檢測(cè)精準(zhǔn)性與局限性并存

隨著對(duì)以tau蛋白為靶點(diǎn)的阿爾茨海默?。ˋD）治療策略興趣的不斷增加，目前迫切需要開發(fā)對(duì)不溶性tau蛋白聚集體特異且可靠的生物標(biāo)志物。這些生物標(biāo)志物對(duì)于深入理解AD的病理機(jī)制和評(píng)估治療效果至關(guān)重要。Tau-PET，一種使用放射性配體結(jié)合纖維狀tau蛋白的PET技術(shù)，能夠反映大腦中不溶性、AD特異性tau聚集體的負(fù)荷。Tau-PET成像研究揭示，即使在AD癥狀出現(xiàn)之前的早期階段，不溶性tau聚集體也與認(rèn)知能力下降密切相關(guān)，使其成為目前最精確的AD預(yù)后標(biāo)志物之一。然而，PET成像成本昂貴，且需要復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施支持，限制了其在高度專業(yè)化中心之外的應(yīng)用。相較之下，液體生物標(biāo)志物成本更低，臨床上更易于獲取和應(yīng)用。

2.p-tau液體生物標(biāo)志物非特異性反映tau病理

目前，臨床上廣泛應(yīng)用的tau液體生物標(biāo)志物包括N端或中端的總tau（t-tau）以及由tau蛋白第224位殘基附近裂解而產(chǎn)生的磷酸化tau，如p-tau181、p-tau217和p-tau231。在臨床前AD中，這些p-tau的血漿和腦脊液濃度在新皮層中不溶性tau聚集體出現(xiàn)之前就已經(jīng)升高。因此，這些生物標(biāo)志物與淀粉樣蛋白斑塊的相關(guān)性可能高于與不溶性tau聚集體的相關(guān)性。具體例證如下：

①臨床試驗(yàn)表明，針對(duì)清除淀粉樣蛋白斑塊的抗淀粉樣蛋白被動(dòng)免疫療法能有效減少腦脊液和血漿中的t-tau、p-tau181和p-tau217水平。
②神經(jīng)病理學(xué)和影像學(xué)研究也證實(shí)了這些液體生物標(biāo)志物與淀粉樣蛋白斑塊之間的緊密聯(lián)系。
③動(dòng)物研究在具有β淀粉樣蛋白（Aβ）病理的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，即使沒有觀察到tau蛋白聚集，腦脊液中的t-tau和p-tau也會(huì)增加。

綜上所述，血漿和腦脊液中N端至中部區(qū)域的t-tau和p-tau濃度更多地反映了與AD相關(guān)的淀粉樣蛋白斑塊病理，而不是不溶性tau聚集物。因此，現(xiàn)有的液體生物標(biāo)志物并不能特異性地指示AD相關(guān)的tau病理。

3.新型AD tau病理特異性液體生物標(biāo)志物

Horie K等人評(píng)估了一種新型的腦脊液生物標(biāo)志物——MTBR-tau243。這種含有微管結(jié)合區(qū)（MTBR）的tau蛋白是大腦中不溶性tau聚集體的關(guān)鍵成分，而特定的含有第243位殘基的MTBR-tau（MTBR-tau243）在人腦脊液中存在，并與tau PET成像和疾病進(jìn)展緊密相關(guān)。研究表明，MTBR-tau243是預(yù)測(cè)tau PET指標(biāo)和認(rèn)知障礙的最佳生物標(biāo)志物之一。

4.MTBR-tau243的性能研究

4.1研究對(duì)象

實(shí)驗(yàn)參與者源自兩個(gè)不同的組：BioFINDER-2和Knight ADRC。BioFINDER-2組共有448名參與者，其中大多數(shù)存在認(rèn)知障礙（281人，占63%）：包括81名認(rèn)知未受損且Aβ陰性（CU?）個(gè)體，79名認(rèn)知未受損但Aβ陽性（CU+）的個(gè)體，90名Aβ陽性的輕度認(rèn)知障礙（MCI+）患者，102名Aβ陽性的AD癡呆（AD+）患者，以及96名其他類型癡呆（非AD）患者。該隊(duì)列參與者的平均年齡為70.9±8.4歲（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差），其中女性有221人（占49.3%），APOEε4攜帶者有258人（占57.6%）。

Knight ADRC組則包含219名參與者，其中大多數(shù)認(rèn)知未受損（171人，占78%）：包括83名CU?個(gè)體、88名CU+個(gè)體、35名MCI+患者和13名AD+患者。該隊(duì)列參與者的平均年齡為71.2±6.6歲，女性有112人（占51.1%），APOEε4攜帶者有96人（占43.8%）。

4.2研究方法

采用新開發(fā)的免疫沉淀/質(zhì)譜（IP/MS）技術(shù)對(duì)腦脊液中的tau蛋白進(jìn)行定量分析，包括MTBR-tau243以及磷酸化可溶性tau的比例（pT181/T181、pT205/T205、pT217/T217和pT231/T231）。MTBR-tau243的抗體HJ32.11和HJ34.8是通過將tau蛋白的225-242氨基酸序列和226-264氨基酸序列分別與鎖孔帽貝血藍(lán)蛋白（KLH）融合后，免疫tau蛋白敲除小鼠得到的。HJ32.11的結(jié)合位點(diǎn)靠近243位殘基，而HJ34.8則靠近260位殘基。磷酸化可溶性tau的比例（% p-tau/t-tau）是通過在同一樣本中測(cè)量磷酸化肽與非磷酸化肽的比值來計(jì)算的。BioFINDER-2組中，淀粉樣蛋白PET和tau PET成像分別使用了[¹⁸F]flutemetamol和[¹⁸F]RO948作為示蹤劑。Knight ADRC組中，參與者的淀粉樣蛋白PET使用了[¹⁸F]florbetapir（也稱為[¹⁸F]AV45）或[¹¹C]PiB，而tau PET則采用了[¹⁸F]flortaucipir（也稱為[¹⁸F]AV1451）作為示蹤劑。

4.3研究結(jié)果

4.3.1CSF與PET生物標(biāo)志物的關(guān)聯(lián)性

通過應(yīng)用考慮年齡和性別因素的線性回歸模型，我們?cè)u(píng)估了CSF中的MTBR-tau243、pT181/T181、pT205/T205、pT217/T217和pT231/T231與淀粉樣蛋白PET和tau PET病理學(xué)測(cè)量結(jié)果之間的相關(guān)性。分析不僅涵蓋了所有參與者的數(shù)據(jù)，還特別針對(duì)淀粉樣蛋白陽性亞組（Aβ+）進(jìn)行了區(qū)分。研究結(jié)果顯示，與tau-PET病理學(xué)測(cè)量結(jié)果相關(guān)性最高的CSF指標(biāo)是MTBR-tau243的濃度，而與淀粉樣蛋白PET病理學(xué)測(cè)量結(jié)果相關(guān)性最高的CSF指標(biāo)是pT217/T217。盡管pT217/T217與tau-PET也顯示出較強(qiáng)的相關(guān)性，但在tau-PET病理學(xué)測(cè)量結(jié)果顯著之前，pT217/T217的值會(huì)非線性地大幅上升，一旦tau-PET超過閾值，pT217/T217的值則趨于穩(wěn)定。這表明pT217/T217主要通過與Aβ病理數(shù)量的定量關(guān)系與tau病理學(xué)測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)。

圖1.CSF與PET生物標(biāo)志物之間的關(guān)聯(lián)性

注：圖中左側(cè)的前兩列展示了BioFINDER-2組中MTBR-tau243和pT217/T217與淀粉樣蛋白-PET（n=268）及tau-PET（n=443）之間的散點(diǎn)圖，顏色根據(jù)診斷和淀粉樣蛋白狀態(tài)進(jìn)行區(qū)分。通過應(yīng)用考慮年齡和性別的線性回歸模型，得出β值、P值（星號(hào)表示）和R2值。圖的右側(cè)分別展示了BioFINDER-2組（n=219）和Knight ADRC組（除pT231/T231外，n均為184）中CSF生物標(biāo)志物與淀粉樣蛋白或tau-PET之間的標(biāo)準(zhǔn)化β值（βstd）。實(shí)線和虛線分別表示所有參與者或僅淀粉樣蛋白陽性參與者的標(biāo)準(zhǔn)化β值（中心點(diǎn)）及其95%置信區(qū)間（CI）（BioFINDER-2組：淀粉樣蛋白-PET，n=172，tau-PET，n=287；Knight ADRC組，n=136；除pT231/T231外，其余n=117）。星號(hào)（或十字）表示在所有參與者（或僅淀粉樣蛋白陽性參與者）組中，標(biāo)準(zhǔn)化β值最高或有顯著性差異的結(jié)果，沒有星號(hào)或叉號(hào)的生物標(biāo)志物則表示相關(guān)性較弱。

不同Braak階段（包括內(nèi)嗅區(qū)（Braak I）、顳部（Braak III-IV）和新皮質(zhì)（Braak V-VI））的CSF tau水平與tau-PET之間的相關(guān)性分析顯示，在淀粉樣蛋白陽性亞組（Aβ+）中，腦脊液MTBR-tau243與各Braak區(qū)域的tau-PET相關(guān)性最強(qiáng)（BioFINDER-2組中β值分別為0.85、0.84和0.76；Knight ADRC組中β值分別為0.83、0.84和0.76）。

圖2.CSF生物標(biāo)志物與不同Braak區(qū)域tau-PET的相關(guān)性

注：左側(cè)展示了BioFINDER-2組中MTBR-tau243和pT217/T217與tau-PET的散點(diǎn)圖。實(shí)線和虛線分別表示所有參與者及僅淀粉樣蛋白陽性參與者的標(biāo)準(zhǔn)化β值（中心點(diǎn)）及其95%置信區(qū)間（CI）（BioFINDER-2組：n=287；Knight ADRC組，n=136）。

4.3.2CSF生物標(biāo)志物變化與AD病理的相關(guān)性

在BioFINDER-2和Knight ADRC兩個(gè)研究組中，研究發(fā)現(xiàn)腦脊液中MTBR-tau243的濃度變化與tau病理（通過tau-PET進(jìn)行評(píng)估）之間的相關(guān)性更為顯著。同樣，腦脊液中pT217/T217的濃度變化與Aβ病理（通過淀粉樣蛋白PET進(jìn)行評(píng)估）之間的相關(guān)性也更為突出。相比之下，腦脊液中pT205/T205的濃度變化與tau病理和Aβ病理之間的相關(guān)性沒有表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異。

圖3.淀粉樣蛋白-PET和tau-PET水平對(duì)CSF生物標(biāo)志物變化的解釋

注：在圖3a和圖3b中，柱狀圖展示了部分R2值，而柱狀圖上方的數(shù)值表示BioFINDER-2和Knight ADRC組中部分R²占模型總R²的百分比。對(duì)于每個(gè)生物標(biāo)志物和研究組，我們采用個(gè)體的CSF生物標(biāo)志物數(shù)據(jù)作為因變量，并將淀粉樣蛋白與tau的測(cè)量值作為線性回歸模型的自變量，同時(shí)對(duì)年齡和性別進(jìn)行了校正，以計(jì)算這些R2值。由于潛在的共享方差，這些百分比的總和可能不會(huì)達(dá)到100%。

4.3.3CSF生物標(biāo)志物的縱向變化

本研究利用BioFINDER-2組的縱向數(shù)據(jù)，探討了基于淀粉樣蛋白（Aβ）和tau病理狀態(tài)（標(biāo)記為+和-）的CSF生物標(biāo)志物變化。研究發(fā)現(xiàn)，在5個(gè)CSF tau生物標(biāo)志物中，僅有MTBR-tau243在Aβ陽性但tau陰性（A+T?）組與Aβ和tau雙陽性（A+T+）組之間的變化率表現(xiàn)出顯著增加，這可能意味著MTBR-tau243能夠用于追蹤以新皮層tau聚集為特征的AD癥狀期的縱向變化。

對(duì)于其他磷酸化tau（p-tau）生物標(biāo)志物，包括pT181/T181、pT217/T217和pT231/T231，在從Aβ陰性且tau陰性（A-T-）到Aβ陽性且tau陰性（A+T-）的轉(zhuǎn)變過程中，其增長(zhǎng)率顯著增加；而在從A+T?到A+T+的轉(zhuǎn)變過程中，增長(zhǎng)率并沒有顯著增加或降低。這表明，當(dāng)不溶性tau聚集體開始在新皮層沉積時(shí)，這些p-tau指標(biāo)的變化率可能在疾病晚期趨于穩(wěn)定或下降。因此，傳統(tǒng)的p-tau指標(biāo)可能并非直接反映AD中tau病理學(xué)變化的理想指標(biāo)。

圖4.基于基線淀粉樣蛋白和tau狀態(tài)的縱向CSF生物標(biāo)志物變化

注：本研究利用BioFINDER-2組的縱向數(shù)據(jù)，分析了基于淀粉樣蛋白（Aβ）和tau病理狀態(tài)（標(biāo)記為+和-）的腦脊液（CSF）生物標(biāo)志物變化。在時(shí)間交互作用顯著的情況下，通過線性混合模型對(duì)不同組別（A?/T?、A+/T?和A+/T+）的CSF生物標(biāo)志物縱向變化軌跡進(jìn)行比較。淀粉樣蛋白狀態(tài)通過CSF中Aβ42/40比值來評(píng)估，而tau病理狀態(tài)則通過tau-PET成像來確定。各組的縱向變化軌跡以箱線圖形式呈現(xiàn)，這些箱線圖基于線性混合模型生成（中間的帶表示中位數(shù)，下端和上端的鉸鏈分別對(duì)應(yīng)第一和第三四分位數(shù)，須線表示最大值/最小值或距離鉸鏈1.5倍四分位數(shù)范圍的值，取兩者中較小的一個(gè)）。采用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)來評(píng)估所有組之間的差異，并進(jìn)行成對(duì)Wilcoxon檢驗(yàn)以進(jìn)行事后比較。星號(hào)表示雙側(cè)檢驗(yàn)的P值，P<0.001；^*P<0.050；^**P<0.010；^***P<0.001；未對(duì)多重比較進(jìn)行校正。

圖5.基于基線“A”和“T”狀態(tài)的縱向CSF生物標(biāo)志物變化軌跡

注：本圖展示了BioFINDER-2組中縱向腦脊液（CSF）數(shù)據(jù)。圖中描繪了基于基線淀粉樣蛋白（A）和tau（T）狀態(tài)的個(gè)體（以陰影線表示）和群體（以粗線表示）CSF生物標(biāo)志物水平隨時(shí)間的變化軌跡。與參考組（A-T-）之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異通過相應(yīng)顏色的星號(hào)標(biāo)識(shí)；^*表示p < 0.05，^**表示p < 0.01，^***表示p < 0.001。淀粉樣蛋白陽性的參與者是根據(jù)之前驗(yàn)證的CSF Aβ42/40臨界值（CSF Aβ42/40 < 0.08）來確定的。tau陽性的評(píng)估是基于meta-ROI區(qū)域中tau-PET的標(biāo)準(zhǔn)化攝取值比（SUVR），其中Braak I-IV階段的SUVR >1.32被認(rèn)定為tau陽性。

4.3.4CSF、PET生物標(biāo)志物與MMSE評(píng)分的相關(guān)性

研究團(tuán)隊(duì)評(píng)估了BioFINDER-2和Knight ADRC組中CSF和PET生物標(biāo)志物與簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查量表（MMSE）評(píng)分之間的相關(guān)性，并運(yùn)用了控制年齡、性別和教育年限的線性回歸模型進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，在所有參與者以及淀粉樣蛋白陽性參與者中，tau-PET與MMSE評(píng)分的相關(guān)性超過了任何CSF生物標(biāo)志物。其中，MTBR-tau243是CSF生物標(biāo)志物中與MMSE評(píng)分相關(guān)性最強(qiáng)的（BioFINDER-2組中β=-0.65，95%置信區(qū)間為-0.74至-0.57；Knight ADRC組中β=-0.54，95%置信區(qū)間為-0.67至-0.42，兩者的P值均小于0.001）。特別值得關(guān)注的是，MTBR-tau243與tau-PET在與MMSE評(píng)分的相關(guān)性上沒有顯著差異，這表明CSF中的MTBR-tau243有可能作為tau-PET在臨床應(yīng)用中的一個(gè)有效替代指標(biāo)。

圖6.CSF生物標(biāo)志物與MMSE評(píng)分之間的相關(guān)性

注：A）和B）分別代表BioFINDER-2和Knight ADRC組的數(shù)據(jù)，散點(diǎn)圖的顏色編碼依據(jù)診斷和淀粉樣蛋白狀態(tài)進(jìn)行區(qū)分。在BioFINDER-2組中，橙色圓點(diǎn)標(biāo)識(shí)了MCI（輕度認(rèn)知障礙）陽性參與者；而在Knight ADRC組中，橙色圓點(diǎn)則代表非常輕度AD患者。淀粉樣蛋白陽性的參與者是根據(jù)先前驗(yàn)證的CSF Aβ42/40臨界值來確定的（BioFINDER-2組中CSF Aβ42/40<0.08，Knight ADRC組中CSF Aβ42/40<0.0673）。

4.4結(jié)論

無論是在探討腦脊液（CSF）生物標(biāo)志物與tau-PET和MMSE評(píng)分的相關(guān)性，還是考察CSF生物標(biāo)志物濃度差異及其縱向變化與病理狀態(tài)的關(guān)聯(lián)，MTBR-tau243均顯示出與tau病理學(xué)的緊密聯(lián)系。研究證實(shí)，CSF MTBR-tau243特異性反映了發(fā)生AD進(jìn)展晚期的聚集性tau病理的變化，并與臨床和認(rèn)知癥狀相關(guān)。建議將MTBR-tau243作為不溶性tau聚集體病理（T）的液體生物標(biāo)志物，取代常用的p-tau，用于評(píng)估AD tau蛋白病及獨(dú)立于淀粉樣蛋白效應(yīng)的藥物治療效果。

參考文獻(xiàn)

Horie K, Salvadó G, Barthélemy NR, et al. CSF MTBR-tau243 is a specific biomarker of tau tangle pathology in Alzheimer's disease[J]. Nat Med, 2023, 29(8): 1954-1963.

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