撰文︱黄岛主，李一凡责编︱王思珍，方以一编辑︱夏 叶阿尔茨海默症（AD）是一种以认知障碍、记忆功能衰退和痴呆为特征的神经退行性疾病。病理学上，AD 的定义是分别由于β 淀粉样蛋白和磷酸化 tau 蛋白 的积累而出现淀粉样斑块和神经原纤维缠结。AD 的诊断现在依赖于临床评估以及来自成像和生物流体（biofluid）的信息，旨在检测 β 淀粉样蛋白和磷酸化tau蛋白的存在。正电子发射断层扫描（PET）神经影像学和脑脊液（CSF）是最常用的AD生物标志物，即使在无症状人群中也能准确诊断 AD。越来越多的证据表明，在观察到临床可检测到的认知障碍之前 20-30 年，大脑中淀粉样蛋白的积累就开始了，这表明存在长期无症状的 AD患者。尽管很难确定该临床前阶段的具体发病时间，但识别处于该疾病无症状临床前阶段的受试者可能具有重要意义，这是因为新开发的疾病缓解疗法可能主要在此无症状期间有效。然而以现有技术手段确诊临床前期无症状个体，要做神经影像学或抽取脑脊液，高医疗成本和低病人顺从性使得以这两种方法作为临床环境中的常规筛查工具不可行。因此，迫切需要开发基于血液的、具有成本效益的筛查工具来检测人群中的 无症状AD患者，正因为如此，寻找临床前基于血液的生物标志物已成为主要焦点。虽然目前的生物标志物通常集中在中枢神经系统，但来自遗传、临床、细胞生物学和动物研究的新证据表明，异常的系统变化不仅继发于脑功能障碍，而且还可能影响 AD 进展，这表明这些大脑和外周系统之间的双向相互作用在 AD 的自然病程中发挥着重要作用[1]。中枢神经系统和外周血白细胞之间的这种相互作用可能允许在外周血中检测 AD 中潜在的免疫变化，而这些免疫变化可能成为 AD 的血液生物标志物。因此，理论上通过检测外周的指标也可以反映大脑中的病变。但在实际操作中困难很大，因为可能的生物指标成千上万，每一种指标的发现和验证都需要很长时间，因而如何能快速准确地找到有效的标志物就成了摆在科研人员面前的一道难题。澳大利亚墨尔本大学Florey神经科学与心理健康研究所的顾柏俊团队率先提出了“天然吞噬”的理论，认为“天然吞噬”是AD以及其它的神经退行性疾病的共同发病机理[2]。他们经过十多年的不懈努力，逐步完善了这一理论体系，并且开始应用到AD临床诊断和治疗的开发工作中。 他们认为外周血中白细胞特别是单核细胞在清除大脑中的β 淀粉样蛋白中同样发挥着重要作用。因此他们有针对性地选择了30多个和天然吞噬密切相关的清道夫受体以及调控分子，并且和世界最大的的阿尔茨海默病的长期随访队列之一的AIBL（澳大利亚老年生物标志、影像及生活方式旗舰研究，由Aβ的发现者桂冠教授Colin Masters领导）合作，历经8年和4个发现和验证阶段，研究了超过500多病人和认知正常老年人对照，终于找到了十多个和AD病程以及大脑β 淀粉样蛋白沉积相关的白细胞表面生物标志。相关的研究发表已于2022年11月9日发表在老年痴呆研究领域的顶尖杂志Alzheimer’s & Dementia上。文章标题为“Leukocyte surface biomarkers implicate deficits of innate immunity in sporadic Alzheimer’s disease”，黄欣博士和博士研究生李宜涵为论文共同第一作者，通讯作者为顾柏俊博士。文章阐述了在AD 患者外周血白细胞表面抗原如何与先天免疫功能缺陷联系起来，证明了白细胞表面抗原标志物对AD 筛查和诊断既敏感又实用。这也是首个系统性阐述外周血白细胞和AD关联的研究。研究人员采集了病人和正常对照人员的外周血，并加入事先规划好的不同颜色的荧光标志的抗体，经过染色、去除红细胞和洗涤，然后用激光流式细胞计分析。前期探索工作中，研究者利用这种流式细胞术免疫表型分析了主要的白细胞抗原标志物在AD患者中的表达水平，发现部分标志物紧密关联AD 风险基因和小胶质-单核细胞系先天免疫性功能基因群。研究者共发现了13个在 AD 患者中差异表达的特定白细胞表面抗原标志物，包括上调和下调的抗原亚群。通路分析揭示了一个复杂的蛋白质功能性网络，如上调的亚群主要参与补体抑制，而下调的亚群涉及Aβ 清除（图1）。图1：白细胞表面抗原在AD病人和正常对照中的不同表达。CN: 认知正常的老年对照人群；MCI: 早期AD患者，有轻微认知障碍；AD: 确诊的阿尔兹海默症患者。（图源：Huang X et al., Alzheimers
Dement, 2022）
在这13个新发现的生物标志中，有4个的表现尤为突出，分别是CD11c (一种补体受体，和细胞激活和分化相关) 、CD59（抑制补体复合物的形成）、CD91 (ApoE受体) 和 CD163 (一种清道夫受体)。他们和AD的临床诊断标志大脑Aβ 沉积均有紧密的联系 (图2)。研究发现这些白细胞标志物也与认知评分密切相关，如情景记忆（episodic memory）和认知功能综合评分(PACC) (图2)。此外，研究者通过比对关键生物标志物在AD临床前期病人队列分析模型中的表现，发现了一种白细胞抗原标志物CD163可能对早期临床诊断具有重要价值。图2：CD59和CD91在不同病程时期的表达以及与大脑β淀粉样蛋白沉积、情景记忆和认知功能综合评分之间的关联。（图源：Huang X et al., Alzheimers
Dement, 2022）
这些发现可能对研究者理解 AD 的病因和进展具有重要意义，并成为开发新治疗方法的基础。此外，特定模式的免疫变化的存在可以构成 AD 的基于血液的生物学标志物。具体来说，研究者提出了一个包括四种白细胞抗原标志物CD11c、CD59、CD91 和 CD163的组合，用来预测患者大脑中的Aβ的 状态。研究发现这些关键生物标志物具有很高的有效性和可靠性，可以识别出现临床前或临床期的 AD 患者，其敏感性和1-特异性检验曲线下面积 (AUC) 为 0.93 (0.88 - 0.97) (图3)。而在此以前，医生需要结合神经影像学PET检查结果才能给出相关疾病的诊断。图3：白细胞表面抗原标志在AD诊断中的表现。基础模型 (Base model 1) 包括年龄、性别、受教育程度和APOE分型。新模型中则加入了四种表现最好的标志(CD59, CD163, CD91 和CD11c)。（图源：Huang X et al., Alzheimers
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研究人员根据取得的数据和信号通路分析结果，认为负责Aβ转运的清道夫受体以及参与专业的天然吞噬功能的清道夫受体和补体受体在AD的疾病发展过程中起到了很大的作用(图4)。图4：示意图显示Aβ转运假说以及相关的影响吞噬功能和补体介导的信号通路。（图源：Huang X et al., Alzheimers
Dement, 2022）
文章结论与讨论，启发与展望
研究者的研究结果证实，白细胞表面抗原在AD临床标准的老年人群中表现出差异表达，并且与 PET 成像证实的淀粉样蛋白病理学相关，和认知功能也密切相关。然而，流式细胞术免疫表型分析方法有其局限性，例如，必须新鲜样本，不可冻融，检测方法需要专业设备和专业的实验室人员。尽管此数据已在独立样本中得到验证，但本研究的队列是横截面的，而不是纵向的，目前长期随访研究正在和AIBL合作开展。这篇发表的研究成果已经和合作伙伴（Florey研究所、澳洲联邦科学与工业联合组织CSIRO、以色列NeuroQuest公司以及乾康生命科学墨尔本研发中心）一起申请了国际专利，进一步临床开发也已经在和国内的大型医学检验机构合作开展。原文链接：https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/alz.12813
（照片提供自：顾柏俊博士实验室）
由顾柏俊博士带领的研究团队长期致力于研究阿尔茨海默症、老年黄斑病变和多发性硬化症的致病机理以及开发相应的新型早期诊断方法和治疗措施，取得了很多开拓性的研究发现。他们发现的可以显著提高天然吞噬能力的多肽目前正在进行灵长类动物实验，为老年痴呆的治疗开拓了一条新的思路；他们研发的尿液β 淀粉样蛋白胶体金检测试纸条（Qiankorey® 脑早测）在国内数个三甲医院和AIBL的临床验证中取得了不俗的成绩，有望成为另一款老年痴呆早筛的利器, 目前国内已经有售，也算是“小试霜刃”。墨尔本团队现有12人包括4个资深的博士后以及数个助研、博士生、硕士生和退休的教授。长沙团队也有10多个研究人员。