Simoa®文献 | 脑源Tau——新型阿尔茨海默病神经退行性血液生物标志物

血液生物标志物淀粉样蛋白和磷酸化tau在阿尔茨海默病中显示出良好的诊断准确性，与相应的 CSF 和神经影像学生物标志物性能一致。然而基于血液的神经退行性标志物NFL对AD并不具有特异性，而血液总 tau 与脑脊液总 tau 缺乏相关性。文章通过一种抗脑源tau抗体来应对这一挑战，该抗体选择性地结合脑源性tau蛋白，并避免外周组织的“大tau蛋白”亚型结合。文章应用该抗体开发了一种针对脑源性 tau 的超灵敏血液检测方法，并在五个独立队列中进行了验证。基于血液的脑源性 tau 蛋白显示出与CSF总 tau 和脑脊液脑源性 tau 相同的诊断性能，可以有效识别将生物标志物阳性的AD。并且血清BD-tau蛋白将AD与一系列其他神经退行性疾病区分开来。脑源性 tau 是一种新的基于血液的生物标志物，其性能优于血浆总 tau，并且与NFL不同，它对AD型神经退行性变具有特异性。因此，脑源性tau蛋白显示出在血液中完成ATN案的潜力，并将有助于评估AD依赖性神经退行性过程，用于临床和研究目的。

文章报告了一种针对BD-tau的新型血液生物标志物的开发、分析和临床验证。在五个独立的研究队列（n = 609 名参与者）中，评估了这种新的血液生物标志物的能力：（1）将生物标志物定义的AD与阴性对照区分开来;（2）将AD与其他神经退行性疾病区分开来;（3）与尸检时斑块和缠结病理的严重程度、CSF ATN生物标志物和认知相关联。

研究背景

ATN框架用于阿尔茨海默病的定义和分期，强调淀粉样蛋白β（A）、tau（T）和神经退行性变（N）的病理生理学证据。该框架目前主要依赖于脑脊液和神经影像生物标志物，这些标志物在经济、实践方面面临的重大挑战限制了它们的广泛应用。初级保健级别的生物标志物筛查将有利于简化AD患者管理以及AD候选药物的疗效评估。因此，阿尔茨海默病将受益于血液生物标志物模式，这些生物标志物模式在不影响性能的情况下提高了简单性、可及性、便利性。

ATN血液生物标志物的开发提高了大规模诊断、预后和治疗试验应用所需的可扩展性。使用免疫沉淀-质谱方法测量的血浆淀粉样蛋白Aβ42/Aβ40 方法在检测阿尔茨海默病中的 Aβ 异常方面显示出良好的准确性和特异性。 血浆p-tau，包括p-tau181、p-tau217 和 p-tau231也显示出出色的诊断性能，可以检测和区分阿尔茨海默病与其他神经退行性疾病。然而，对于神经退行性疾病（N），虽然血浆NfL在识别阿尔茨海默病方面表现出出色的诊断性能，但无法将其与其他神经退行性疾病区分开来。CSF t-tau 可靠地区分阿尔茨海默病的神经退行性变与其他神经退行性疾病，如帕金森病、路易体痴呆和额颞叶痴呆，但是血浆 t-tau 浓度没有显示出良好的诊断性能，在诊断组之间显示出很大的重叠，并且与 CSF t-tau 没有相关性，表明血浆和 CSF t-tau 并非来自相同的组织来源。 事实上，虽然已知 tau 在中枢神经系统中含量很高，但该蛋白质也存在于外周组织（例如肝脏、肾脏，心脏）。中枢神经系统和外周中tau蛋白的蛋白质结构在剪接变体上存在差异：虽然大脑中有六种不同长度的tau亚型，但外周组织中tau的由于外显子4a的插入，使得外周tau与脑源tau可以区分开来。研究表明，血液中BD-tau 测量的信号中只有五分之一是脑源性的，而其余的则是外周来源。因此，血浆t-tau往往只在中枢神经系统tau产生和释放急剧增加的疾病中显示出有希望的诊断功能，包括创伤性脑损伤和心脏骤停后的急性中风。所以，若能完善目前缺乏的针对阿尔茨海默病的血液神经退行性变生物标志物将完成血液中的ATN系统，识别阿尔茨海默病发病机制特异性的神经退行性过程，与相关痴呆症常见的神经退行性机制区分开来。

这项研究假设：（i）创新一种免疫测定法，通过使用专门针对脑来源tau 亚型的抗体来选择性地测量血液中的脑源性 tau（BD-tau）;（ii）这种新颖的测定方法将显示血浆和脑脊液水平之间有很强的相关性;（iii）该测定方法将区分AD与非AD神经退行性疾病，对阿尔茨海默病显示出特异性。

材料和方法

BD-tau 血液检测的开发和验证

使用定制的N端偶联KLH的合成肽抗原生成了绵羊单克隆抗体。TauJ.5H3单克隆抗体被证实特异性识别MAPT外显子4和5之间的连接处。

发现和神经化学队列

发现队列（n = 20）包括从通过神经化学定义的阿尔茨海默病（AD）患者（n = 10）和对照组（n = 10）中的CSF（脑脊液）和血清样本。

神经化学队列（n = 60）包括从通过神经化学定义的阿尔茨海默病患者（n = 24）和年龄匹配的对照组（n = 36）中选择的血清样本。

病理学队列

病理学队列参与者接受了纵向年度评估，包括血样收集，获得共识临床诊断，并跟踪至死亡尸检病理检查。

结果

TauJ.5H3抗体特异性识别BD-tau

TauJ.5H3抗体选择性结合CNS来源的tau亚型上的连续外显子4-5序列（图1A）。该抗体专门结合代表外显子4-5区域的重组蛋白，并表现出高度依赖性（图1B）。综合来看，这些结果表明TauJ.5H3抗体识别源于CNS的tau亚型，并避免了外周组织中表达的含有外显子4a区域的tau形式。

图1：针对 CNS 来源的 tau 亚型具有特异性的 TauJ.5H3 绵羊单克隆抗体的设计和表征。

BD-tau检测在血浆和血清中的分析性能良好

将TauJ.5H3抗体与靶向tau N末端的抗体配对测量血液中的BD-tau，在血浆和血清中表现出优异的分析性能，稳定性为92-95%（图2B）。外源CSF样本被加入到测试血样中时，加标回收率达到93%。这些值与我们之前报告的p-tau检测值相当。

图2：一种测量血液中 BD-tau 的新型检测方法的技术验证。

CSF和血液样本中BD-tau水平的相关性表明外周tau对结果影响不大

如果BD-Tau不受外周Tau污染的影响，那么CSF和血液样本中BD-tau的浓度应该表现出良好的相关性和相似的诊断性能。结果表明血清和CSF样本中的BD-tau水平具有显著的相关性。相反，相同血清t-tau检测的浓度和CSF样本对中没有相关性。CSF BD-tau与使用INNOTEST或Quanterix检测的CSF t-tau具有高度相关性。

在成对的血清和CSF样本中，AD患者BD-tau水平显著升高（图3A），CSF的t-tau在AD患者中相同幅度的升高，但在血清样本中则没有显著变化（图3B）。在相同样本对中，血清BD-tau的诊断准确性为100%，而血清t-tau的诊断准确性为67.0%。

在神经化学队列中，血清BD-tau在AD患者中较对照组显著升高，类似于CSF t-tau，AUC为100%。

图3. 血清和脑脊液样本中 BD-tau 的浓度和相关性。

血浆BD-tau区分阿尔茨海默病与其他神经退行性疾病

在病理学队列中，AD患者血浆BD-tau水平较非AD显著升高，相反，NfL水平无显著差异（图4B和C）。

将AD组分为高AD神经病理改变（高 ADNC）和高ADNC+其他病理（伴随其他病理的AD）亚组，并将非AD分为低病理（Low Pathology）或其他病理（Other Pathology）亚组。发现血浆BD-tau在高ADNC和高ADNC+其他病理亚组之间没有差异。同样，低病理与其他病理亚组之间也没有差异。然而，血浆BD-tau在其他病理亚组与高ADNC和高ADNC+其他病理亚组之间表现出显著差异（图4D）（表 1）。血浆NfL未能区分任何亚组之间的差异（图4E）。

图4：血浆 BD-tau 可准确区分经尸检验证的阿尔茨海默病与其他神经退行性疾病。

不同神经退行性疾病中的BD-tau表现

血清BD-tau在AD患者中显著高于非AD患者（图5A和C）。相比之下，血浆NfL未能显示出诊断功能。

血清BD-tau与AD之间的差异诊断准确性保持较高（最高可达99.6%），且在除GRN组以外的所有组中均优于血清NfL（表2）。与此一致，AD组血清BD-tau的浓度显著高于其他诊断组（图5D和E）。

表2 血清BD-tau和其他血清生物标志物区分阿尔茨海默病与特定非阿尔茨海默病疾病的鉴别准确性

图 5：AD与其他几种神经退行性疾病的血清 BD-tau特征。

血液BD-tau在AD中与神经退行性标志物相关，但在其他神经退行性疾病中无相关性

血清BD-tau与CSF t-tau呈现相关性。血浆BD-tau仅在AD组与NfL相关，在非AD组中无此相关性。一致的是，在非AD组中，血清NfL而非BD-tau与皮层厚度相关。这与我们的假设一致，鉴于该生物标志物只在AD病中增加（图4，5），因此我们不期望BD-tau在非AD组中与皮层厚度相关。

血浆BD-tau与尸检时的斑块和缠结病理相关

血浆BD-tau在神经元斑块频繁与稀少的个体之间存在显著差异，在高ADNC与低ADNC个体之间也存在差异。血浆BD-tau与全局神经元斑块计数相关，并且与弥散性斑块计数相关。此外，血浆BD-tau与海马、颞上回和下顶叶的局部神经元斑块和弥散性斑块病理也存在相关性。然而，血浆BD-tau与脑淀粉样血管病变无相关性（数据未显示）。相反，血浆NfL既未随着斑块病理的任何神经病理学测量值的增加而增加，也未与之相关，血浆NfL与缠结病理也无相关性（表3）。血浆/血清BD-tau与血浆和CSF中的p-tau显著相关，但与血清t-tau无相关性。

表3 血浆 BD-tau 与 NfL 与神经病理学队列中区域斑块和缠结病理生物标志物的 Spearman 相关性

BD-tau与阿尔茨海默病中的认知表现相关

在“病理学队列”中，血浆BD-tau与MMSE评分呈负相关，与临床痴呆评定量表的总评分也呈负相关。在“记忆诊所队列1”中，血浆BD-tau与疾病发病年龄呈正相关。

结论

本研究基于选择性结合中枢神经系统（CNS）tau异构体的单克隆抗体（因此称为BD-tau）开发并验证的一种超敏免疫检测方法，并在五个独立的队列中报告了血液脑源tau生物标志物（BD-tau）的临床表现。简而言之，血浆BD-tau是一种AD特异性神经退行性疾病的生物标志物，经尸检证实能够区分AD与其他神经退行性疾病，在“病理学队列”中，BD-tau与疾病的临床严重程度相关。当前的血浆t-tau生物标志物与CSF t-tau不相关，可能是因为它同时捕获了来自外周来源的tau，BD-tau的意义在于，其血液和CSF水平有很强的相关性，优于血浆t-tau生物标志物。此外，血液中的BD-tau与NfL一样，具有检测AD神经退行性疾病的高诊断准确性，并且血浆BD-tau表现出一个新的发现，即它能够准确区分AD与其他几种神经退行性疾病，而血浆NfL则不能。此外，在“病理学队列”中，血浆BD-tau而非血浆NfL与全局和区域的淀粉样斑块和神经纤维缠结的计数相关。更重要的是，血浆/血清BD-tau与NfL之间的相关性仅在AD患者中观察到，而在其他神经退行性疾病患者中没有这种相关性。

目前最成熟的神经退行性疾病血液生物标志物是NfL，但它无法区分AD与其他痴呆症，因为它在多种神经退行性疾病中都增加。因此，痴呆症研究领域目前缺乏一种反映AD类型神经退行性变化的血液生物标志物。文章表面血浆BD-tau可能是一种特异性反映AD类型神经退行性疾病的生物标志物，能够区分阿尔茨海默病与其他神经退行性疾病。

尽管AD患者的血清BD-tau水平显著低于阿尔茨海默病患者，但在患有额颞叶退行性变（FTLD）的个体中，尤其是GRN突变携带者中，血清BD-tau水平趋向于进一步低于对照组和其他非阿尔茨海默病组。尽管这一观察可能出乎意料，但在同一人群中，血清p-tau181也显示出高度相似的结果。同样，GRN突变携带者的血清NfL显著升高，这在先前的独立研究中得到了验证。这些结果值得在其他队列中进一步研究。

综上所述，血浆/血清BD-tau是一种阿尔茨海默病类型的神经退行性疾病生物标志物，与疾病的主要病理特征相关。未来的研究将进一步阐明血浆BD-tau反映的AD中的神经退行性过程，例如神经元损伤强度（如CSF t-tau）、神经元丢失和神经突触萎缩（如使用结构性MRI），或功能性神经元损伤，包括葡萄糖代谢降低（如使用FDG PET）。