Sci. Transl. Med. 新策略！通过对mHTT和NfL的共检测，将提高早期亨廷顿舞蹈症(HD)预测的准确度和效率
In 1872 George Huntington described the disorder in his first paper "On Chorea" at the age of 22
亨廷顿氏舞蹈症（HD）是一种渐进性、且常染色体为显性的神经退行性疾病，其特征包括运动、精神病学、认知功能等方面的障碍。HD是由HTT基因内部CAG序列的重复扩增所引起，而这种基因序列的改变会产生特定的病原体（causative agent）和突变的亨廷顿蛋白（mutant huntingtin，mHTT）【1】。
临床中，随着多靶向的“huntingtin-lowering”治疗策略的不断进步，则对疾病进展和靶标衔接更加敏感的生物标志物的研发也迫在眉睫【2】。如果疾病修饰治疗能被很好的开发，那么就急需某种工具来帮助预先显化HD突变携带者、进行预防性试验、并指导临床治疗决策。然而，目前的临床评估和评定量表（rating scales）在这些方面是有很大局限的，原因在于用于临床研究的HD个体样本已具有明显的运动异常，而非疾病早期样本【3】。
尽管，通过纵向临床观察，已经发现了能够促进临床、认知、以及结构神经成像的HD生物标志物。但是，事实证明，建立有效的生化标记物是具有很大挑战性的。
采用一种全新的单分子计数免疫分析法，可以对中枢神经系统（CNS）中的mHTT进行量化分析【4】。而脑脊液（CSF）中的mHTT浓度则可以用“huntingtin-lowering”手段来测定【5】。虽然，近期有研究团队提出一种新的技术评估，然而，该技术评估，针对CNS中mHTT测定的临床敏感度、特异性、以及个体内稳定性，在临床群体中尚未得到证实【6】。
神经丝光蛋白（neurofilament light protein，NfL）是神经纤维的最小亚单位，也是神经元细胞骨架的组成部分【7】。当神经元损伤出现时，NfL则会被释放到CSF中。诸多研究表明在HD患者的CSF中，NfL的量会增加【8】。
在对HD小鼠的研究中，发现血浆（plasma）中的NfL可以作为预知HD的生物标志物，包括脑萎缩率、认知能力下降、以及预先显化的HD突变携带者（preHD）的病情始发等【9】。这说明在血浆中的NfL浓度和CNF中NfL浓度存在紧密关系，暗示着在CNS中产生的NfL可以在血浆中被检测到。然而，由于缺乏具有典型疾病表型的大样本，该样本被要求能同时研究NfL在血浆和CSF中的机制，所以NfL能否作为潜在的生物标志物仍需进一步的探讨。
换言之，mHTT作为病原体，即作为huntingtin-lowering治疗效应的药效学指标，而NfL作为神经元损伤的标志物，两者可以形成一种有力的协同作用的生物流体生物标记组合物（synergistic biofluid biomarker combination）。但是，在之前的诸多研究中，对于同一批实验组（HD突变携带者）和对照组的CSF及血液中的mHTT量和NfL量，没有被同时检测出，也没有相匹配的详细的临床数据及磁共振成像（MRI）数据。
同一个样本中，多种因素的综合评估将有助于建立恰当的临床试验。EBM是一种以数据为基础的研究方法，也是一种概率统计手段。这种方法可以模拟疾病的过程，将个体因素变得可视化，进而推测在健康和疾病人群中各因素的分布情况【10】。此方法已经帮助阿尔兹海默症（AD）、多发性硬化（MS）及HD发现了一系列生物标志物序列（biomarker orderings），将有利于为这些疾病的病理学提供新认识【11-13】。然而，在HD过程中，缺乏对时间序列（temporal order）的研究，而时间序列在HD过程中又会发生变化。
2018年9月12日，来自（英国）伦敦大学、（英国）国家神经和神经外科医院、（英国）伦敦国王学院、（新加坡）新加坡国立大学、（瑞士）罗氏创新中心（巴塞尔）、（瑞典）哥德堡大学等研究单位的联合研究团队，将他们的 一项前沿性研究成果 以Evaluation of mutant huntingtin and neurofilament proteins as potential markers in Huntington’s disease题在线发表在Science Translational Medicine上。
研究表明：对生物流体中的mHTT浓度和NfL浓度的共同检测，且综合临床评估、MRI等其他临床检测手段，将大大提高对早期HD预测的准确度和效率【14】。
在本研究中，研究者们制定了一种叫“HD-CSF”研究方案：共80位参与者，其中对照组为20位健康者，实验组由20位preHD患者和40位manifest HD患者（manifest HD患者：具有明显特征的HD突变携带者）组成。
这一策略的设计旨在生成能与CSF相对应的血浆、表型及神经成像等数据，通过综合数据分析，帮助发现HD的生物流体标记物。而这种程序化的设计，目的是使数据、样本采集、样本处理的一致性最大化。详情如下表Table 1-2所示。
首先，研究者们分析了CSF和血液中mHTT、NfL浓度，同时与preHD样本和manifest HD样本的临床评估和MRI数据进行了对比。发现在所有HD突变携带者中，与CSF中mHTT的浓度相比较而言，NfL在血浆和CSF中的浓度比所有非生物流体测量结果更加接近(Fig.1)。
Fig.1 Comparison of analyte concentrations across disease stage.
又在4-8周的纵向分析中，结果显示CSF中的mHTT浓度、CSF中的NfL浓度、及血浆中的NfL浓度在个体间中均高度稳定；在对照组和实验组中，CSF中mHTT的浓度具有明显不同；在preHD样本与manifest HD样本的CSF和血浆中，发现NfL的浓度亦呈现明显区别，即能够明显区别preHD和与manifest HD (Fig. 2-3)。
Fig. 2 Parallel assessment of the three analytes on diagnostic ability, within-subject stability, and sample size requirements.
Fig. 3 Comparison of the temporal order of biofluid analytes relative to clinical and imaging measures.
电脑模拟（silico modeling）分析显示：生物流体中mHTT和NfL的浓度可能是HD中最早的可被检测的改变之一；样本大小（样本容量）预测的结果则表明，若将这些措施整合到临床试验中，则需要少数量的参与者（少量样本）(Fig. 2-3)。
总的来说，生物流体中的mHTT浓度和NfL浓度的共同检测，可作为一种对HD的早期阶段变化的分析手段，且可以应用到HD的临床试验和门诊中。
补充阅读
【1】Nature Outlook：亨廷顿氏舞蹈症的四大疑问
【2】Cell：我国科学家主导，难题突破！首例“舞蹈症猪”在中国诞生
通讯作者简介
Email: e.wild@ucl.ac.uk
To see more: http://edwild.com/
Ed is an MRC Clinician Scientist at UCL Institute of Neurology and Honorary Consultant Neurologist at the National Hospital for Neurology and Neurosurgery. His research focuses on the study of cerebrospinal fluidto understand HD and assist in the development and testing of new treatments. Ed graduated from Christ’s College, Cambridge University in 2001 and has worked in clinical neurology and HD research since 2005. His PhD research on biomarkers and inflammation in HD won him the 2009 Queen Square Prize in Neurology. In 2010 Ed co-founded HDBuzz, an online source of reliable, impartial, easy-to-understand information about HD research, for which he was awarded the 2012 Community Leadership Award from the Huntington Society of Canada and the 2014 Research Prize from the Huntington’s Disease Society of Americal Ed has authored 6 book chapters and over 50 peer-reviewed publications. He is considered a key opinion leader in Huntington’s disease and serves on the advisory panel to the Huntington’s Disease Association and the steering committee to the UK All-Party Parliamentary Group on Huntington’s disease. He is @DrEdWild on Twitter.
文献参考
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【2】E. J. Wild, S. J. Tabrizi, Therapies targeting DNA and RNA in Huntington’s disease. Lancet Neurol. 16, 837–847 (2017).
【3】T. A. Mestre, et al.,Rating scales for motor symptoms and signs in Huntington’disease: Critique and recommendations. Mov. Disord. Clin. Pract.5, 111–117 (2018).
【4】E. J. Wild, et al., Quantification of mutant huntingtin protein in cerebrospinal fluid from Huntington’s disease patients. J. Clin. Invest. 125, 1979–1986 (2015).
【5】Ionis Pharmaceuticals, Ionis Pharmaceuticals Licenses IONISHTT Rx to partner following successful phase 1/2a study in patients with Huntington’s disease (2017); http://ir.ionispharma.com/newsreleases/newsreleasedetails/ionis pharmaceuticalslicensesionishttrxpartnerfollowing.
【6】V. Fodale,et al., Validation of ultrasensitive mutant huntingtin detection in human cerebrospinal fluid by single molecule counting immunoassay. J. Huntingtons Dis. 6, 349–361 (2017).
【7】P. N. Hoffman, R. J. Lasek, The slow component of axonal transport. Identification of major structural polypeptides of the axon and their generality among mammalian neurons. J. Cell Biol. 66, 351–366 (1975).
【8】P. Shahim, et al., Neurochemical aftermath of repetitive mild traumatic brain injury. JAMA Neurol. 73, 1308–1315 (2016).
【9】L. M. Byrne, et al., Neurofilament light protein in blood asa potential biomarker of neurodegeneration in Huntington’s disease: A retrospective cohort analysis. Lancet Neurol. 16, 601–609 (2017).
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【11】N. P. Oxtoby, et al.,Datadriven models of dominantlyinherited Alzheimer’s disease progression. Brain 141, 1529–1544 (2018).
【12】A. L. Young, et al.,A datadriven model of biomarker changes in sporadic Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement. 10, P172 (2014).
【13】P. A. Wijeratne, et al.,An imagebased model of brain volume biomarker changes in Huntington’s disease. Ann. Clin. Transl. Neurol. 5, 570–582 (2018).
【14】L. M. Byrne, et al.,Evaluation of mutant huntingtin and neurofilament proteins as potential markers in Huntington’s disease. Sci. Transl. Med. 10, eaat7108 (2018).
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