介紹

阿爾茨海默病(AD)有兩個病理標志:β淀粉樣蛋白(Aβ)斑塊和tau神經原纖維纏結。在活的個體中，這些病理可以通過正電子發射斷層掃描(PET)成像或腦脊液(CSF)分析檢測到，使用免疫測定法測量Aβ42(或Aβ42/Aβ40比率)、總tau和磷酸化tau - 181 (p - tau181)。這些生物標志物作為AD的生物學證據被納入診斷標準。然而，腦脊液Aβ42的異常減少也存在于約30%的認知未受損(CU)老年人和高達50%的路易體癡呆(DLB)患者中。此外，腦脊液總tau蛋白是神經元損傷的標志，在其他神經系統疾病中也會增加。相反，CSF p - tau181對AD病理具有高度特異性，并且在包括tau相關額顳葉變性在內的純tau病變中保持不變。血液中的這些生物標記物也有類似的結果。

Aβ病理是AD中最早可檢測到的變化，而p - tau181在輕度認知障礙(MCI)晚期和癡呆階段變得異常。然而，動物模型研究表明，其他形式的p - tau可能在與新出現的Aβ病理相關的疾病過程中早期增加。在人腦脊液中，p - tau199、p - tau212/p - tau214、p - tau231和p - tau231/p - tau235與p - tau181具有相似的診斷性能。免疫沉淀-質譜法(IP - MS)定量的p - tau217在AD CSF中與對照組的最低水平相比顯著升高。P - tau217與Aβ病理的相關性優于p - tau181，并能更好地區分AD和非AD疾病。在臨床前家族性AD中，腦脊液p - tau217幾乎與初始Aβ變化同時增加。另一項研究表明，p - tau217與tau - PET和Aβ - PET的相關性優于p - tau181。p - tau217可能是阿爾茨海默病早期Aβ病理生理的標志。然而，需要進一步的研究，包括與新的和已建立的p - tau181生物標志物進行頭對頭比較。

在這項研究中，我們對不同的p - tau生物標志物在MCI - AD和AD癡呆中的表現進行了頭部對頭部的比較。我們在三個前瞻性隊列中評估了:(1)MCI - AD和AD癡呆中p - tau生物標志物的變化模式，(2)區分早期MCI - AD與非AD型MCI的準確性，以及(3)p - tau生物標志物與Aβ病理生理的相關性。

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方法

在三個隊列(n = 503)中評估CSF中N端定向p-tau217 (n -p-tau217)、N端定向p-tau181 (n -p-tau181)和標準中部p-tau181 (Mid-p-tau181)生物標志物，以評估診斷性能、一致性以及與β淀粉樣蛋白(Aβ)的相關性。

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結果

3.1. N - p - tau217和N - p - tau181測定法的分析性能

將稀釋2倍或4倍的樣品與未稀釋的相同樣品進行線性稀釋的腦脊液樣品比較。外源添加的磷酸化重組tau具有高回收率(N‐p‐tau217 = 91.9-102.8%;N‐p‐tau181 = 98.6% ~ 111.4%)。使用IP‐MS驗證了檢測特異性，表明抗體特異性識別預期的表位(圖1B-C)。每次檢測都是針對所使用的抗體對的:目標分析物的免疫耗竭去除94%至98%的可測量信號(圖1D-E)。此外，這些分析在臨床研究中顯示了強大的可重復性。

圖1 所研究的p - tau測定的描述和驗證

3.2. 群體特征

我們在一個發現隊列(n = 33)和兩個獨立驗證隊列(n = 266和n = 199)中研究了p - tau生物標志物的表現;表1)。發現隊列包括16名腦脊液核心生物標志物異常的AD癡呆參與者和17名生物標志物水平正常的Aβ-老年人對照組(P < 0.0001)。AD癡呆參與者年齡較大(P < 0.0001)。Ljubljana隊列包括Aβ- CU (n = 25)，非AD-MCI (n = 72)，MCI - AD (n = 55)和AD癡呆(n = 114)。Paris隊列包括Aβ- CU (n = 25)、非AD-MCI (n = 41)、MCI‐AD (n = 15)、AD癡呆(n = 94)和非AD癡呆(FTD [n = 11]、DLB [n = 10]、VaD [n = 3])。在兩個驗證隊列中，MCI‐AD個體的Aβ42水平均降低。Aβ- CU、非AD-MCI和非AD癡呆參與者的核心生物標志物正常。在兩個隊列中，通過MMSE評估的認知障礙隨著疾病嚴重程度的增加而增加。在Paris隊列中，AD癡呆和MCI-AD參與者比Aβ- CU年齡大(P≤0.0023)。各組間無性別差異(χ2檢驗;P≥0.930)。

表1 發現和驗證隊列的人口學特征和腦脊液p-tau濃度

3.3. AD病理過程中 p-tau生物標志物的增加

與Aβ- CU相比，AD癡呆(p < 0.0001;圖2A-I) 和非AD MCI(P < 0.0001;圖2D - I)中所有p - tau生物標志物均升高。在兩個驗證隊列中，與Aβ - CU相比，N‐p‐tau217在MCI‐AD中顯著升高(p≤0.0124，圖2G,D)。N‐p‐tau181在兩個隊列中均顯示輕度但顯著的MCI‐AD升高(p≤0.0254，圖2E,H)。在兩個驗證隊列中，Mid - p - tau181顯示MCI - AD的輕微非顯著變化(圖2F,I)。與非AD-MCI相比，MCI- AD中N‐p‐tau217升高(p≤0.0217，圖2D,G)， N‐p‐tau181升高(p≤0.0380;圖2 E、H)。在兩個隊列中，Mid - p - tau181在MCI - AD和非AD MCI之間沒有差異。在Paris隊列中，與非AD癡呆相比，AD癡呆患者的所有p - tau生物標志物均升高(p < 0.0001，圖2G-I)。在各自的Aβ-組中，p‐tau濃度相似(圖2A-I)。

圖2 三個隊列中p-tau生物標志物的濃度

N‐p‐tau217在所有隊列和組間的平均倍數增加最高，其次是N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181。對于AD癡呆，N - p - tau217倍變化為9.2至11.5倍，而N - p - tau181為3.2至6.0倍，Mid - p - tau181為2.2至3.6倍。在驗證隊列中，N‐p‐tau217組MCI‐AD的倍數變化為3.5 - 3.7,N‐p‐tau181組為1.8 - 2.2,Mid‐p‐tau181組為1.3 - 1.6。對于AD癡呆和MCI‐AD, N‐p‐tau217倍的變化高于N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181。

3.4. p-tau變異與淀粉樣蛋白生物標志物的關聯

驗證隊列中的p‐tau生物標志物與Aβ42/ Aβ40呈負相關，發現隊列中的Aβ42。然而，在Ljubljana和Paris隊列中，N‐p‐tau217與Aβ42/ Aβ40的相關性最強。相比之下，N‐p‐tau181與Aβ42/ Aβ40的相關性為r = -0.783 ~ r = -0.819 (p < 0.0001)，Mid‐p‐tau181的相關性為r = -0.736 ~ r = -0.802 (p < 0.0001)。在AD癡呆中，在兩個驗證隊列中，N‐p‐tau217與Aβ42/ Aβ40相關(Ljubljana:r = -0.420;Paris: r = -0.375, P < 0.001)，而N‐P‐tau181的r = -0.321至r = -0.450 (P≤0.0019)，Mid‐P‐tau181的r = -0.170至r = -0.372 (P≤0.0003)。在MCI - AD中，所有的p - tau形式都與Aβ42/ Aβ40呈弱相關性，但在Ljubljana隊列中，只有Mid - p - tau181達到顯著性(r = -0.353, p = 0.0088)。在Aβ-組中，p - tau與Aβ42/Aβ40無相關性。

3.5. p - tau變異識別Aβ病理和區分MCI - AD與非AD MCI的準確性

在Ljubljana隊列中，N‐p‐tau217與N‐p‐tau181 (AUC = 94.8%[95%置信區間[CI] = 92.4%-97.4%]，p = 0.1567)同樣準確地鑒定出Aβ42/Aβ40降低的個體(AUC = 97.1%[95%置信區間[CI] = 92.4%-97.4%]，強于Mid‐p‐tau181 (AUC = 91.2% [95%CI = 88.0%-94.4%]， p = 0.0029;圖3A)。N‐p‐tau217從Aβ- CU中分離MCI‐AD的準確度(AUC = 93.0% [95%CI = 87.7% ~ 98.1%])高于Mid‐p‐tau181 (AUC = 79.8% [95%CI = 67.8% ~ 91.7%]， p = 0.0194)，但低于N‐p‐tau181 (AUC = 89.1% [95%CI = 82.0% ~ 96.1%]，p = .3840;圖3 B)。N‐p‐tau217比Mid‐p‐tau181 (AUC = 70.6% [95%CI = 61.6%-79.7%] p = 0.0004)更準確地區分MCI‐AD和非AD-MCI (AUC = 90.5% [95%CI = 81% - 95.8%])，但不及N‐p‐tau181 (AUC = 82.6% [95%CI = 75.3%-90.0%]);圖3C)。

圖三

3.6. 從Aβ- CU和非AD癡呆中分離AD癡呆的準確性

在Paris隊列中，N‐p‐tau217區分AD癡呆與非AD癡呆患者(AUC = 99.7% [95%CI = 99.2%-100%])的準確率與N‐p‐tau181 (AUC = 99.5% [95%CI = 98.6%-100%]， p = 0.2787)和Mid‐ptau181 (AUC = 99.9% [95%CI = 99.6%-100%]， p = 0.5560;圖3 D)相似。當非AD癡呆病例按癡呆類型分層時，結果沒有變化(數據未顯示)。

3.7. p - tau生物標志物與總tau的相關性

在所有隊列中，N‐p‐tau217與N‐p‐tau181高度相關(r = 0.913 ~ r = 0.935, p < 0.0001;表2)。這些相關性在Aβ+病例中強于Aβ-病例，在MCI中也有類似的觀察結果(表2)。

在所有隊列中，N‐p‐tau217與Mid‐p‐tau181相關(r = 0.847 ~ r = 0.930, p < 0.0001;表2)，與Aβ+病例的相關性更強(表2)。在診斷方面，AD病例的相關性最高(r = 0.700至r = 0.835, P < 0.0001，表2)。

在所有隊列中，N - p - tau217與總tau蛋白(r = 0.823至r = 0.857, p < 0.0001)以及在Aβ+亞組中(r = 0.533至r = 0.857, p < 0.0001)有很強的相關性。N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181與total-tau之間也記錄了類似的相關性。

表2 N-p-tau217與其他p-tau形式和總tau的Spearman相關性

3.8.p - tau生物標志物之間的一致性

N‐p‐tau217和N‐p‐tau181的總體一致性為88.2%(陰性一致性(- / -):N = 81/262 [30.9%];陽性一致性(+/+):n = 150/262 [57.3%]，κ = 0.746;圖4A)。N‐p‐tau217與Mid‐p‐tau181的總體一致性相對較低，為79.7%(負一致性(- / -):N = 91/262 [34.7%];陽性一致性(+/+):n = 118/262 [45.0%]，κ = 0.606;圖4 B)。N‐p‐tau181與Mid‐p‐tau181的一致性為82.7%(陰性一致性:N = 103/266 [38.7%];陽性一致性:n = 117/266 [44.0%]，κ = 0.662;圖4 C)。N‐p‐tau217陽性、Mid‐p‐tau181陰性(N = 52/262, 19.8%)和N‐p‐tau181陰性(N = 20/262, 7.6%)的病例比例高于N‐p‐tau217陰性、N‐p‐tau181陽性(N = 11/262, 4.2%)和Mid‐p‐tau181陽性(N = 1/262, 0.4%)的病例比例。根據診斷組，N‐p‐tau217陽性但N‐p‐tau181或Mid‐p‐tau181陰性的病例大多為MCI‐AD (N‐p‐tau181陰性:20名不一致的參與者中有13名MCI‐AD;Mid - p - tau181陰性:52個不一致個體中有40個MCI - AD)。

3.9. p - tau與認知能力下降和神經退行性變的關系

在Ljubljana和Paris隊列中，N‐p‐tau217與MMSE呈負相關(r = -0.490和r = -0.419, p < 0.0001)。N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181表現出相似的相關性(Ljubljana:r = -0.481和r = -0.357;Paris: r = -0.428和r = -0.405, P < 0.0001)。在Ljubljana隊列中，Aβ+病例中N - p - tau217和N - p - tau181的相關性顯著(r = -0.222, p = 0.0215和r = -0.279, p = 0.0040)。在Paris隊列中，N‐p‐tau217、N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181分別與內側顳葉萎縮相關(r = 0.334、r = 0.335和r = 0.305, p < 0.001)。

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討論

在這項研究中，我們比較了腦脊液p - tau生物標志物在臨床環境中的診斷性能。與N端檢測抗體配對的p- tau217和p- tau181在MCI - AD中升高，而傳統的中部p- tau181檢測保持在正常范圍內。與此一致，N - p - tau217和N - p - tau181鑒定出Aβ病理生理增加，MCI - AD與非AD-MCI分離，MCI - AD與Aβ- CU的區分明顯優于Mid - p - tau181。N - p - tau217和N - p - tau181的相似性能表明，N - p - tau217的優勢依賴于與之比較的p - tau181生物標志物。N - p - tau217和N - p - tau181似乎是阿爾茨海默病病理生理的早期標志物，可以幫助確定前驅認知能力下降是否由阿爾茨海默病引起。所有的p - tau變體都顯示出接近完美的區分AD和Aβ-非AD的能力，表明AD的特異性相當。

我們將一種新型N - p - tau217生物標志物與三種p - tau181檢測方法進行了頭對頭的比較:兩種商用Mid - p - tau181檢測方法(INNOTEST和Lumipulse)，以及一種基于Simoa的超靈敏N - p - tau181生物標志物，該生物標志物與N - p - tau217具有相同的分析特征(即相同的檢測抗體、檢測緩沖液和平臺)。我們證實了先前的研究結果，即p - tau217與p - tau181和total - tau高度相關，比p - tau181顯示出更大的倍數變化，并且具有更高的識別Aβ+病例的能力。然而，N - p - tau217和N - p - tau181比Mid - p - tau181更早出現異常，這表明兩者都與Aβ病理生理相關，特別是在疾病過程的初始階段。N - p - tau217和N - p - tau181幾乎與Aβ變化同時開始增加，而Mid - p - tau181隨后出現異常。一項臨床前AD研究中發現，與Mid - p - tau181相比，N - p - tau217和N - p - tau181與Aβ- PET和CSF Aβ42/ Aβ40 (Elecsys)的變化相關性更好。

總之，我們比較了p - tau生物標志物，發現N - p - tau217和N - p - tau181在早期MCI - AD中都增加，識別出Aβ病理個體，并且比Mid - p - tau181更準確地區分早期MCI - AD和非AD-MCI。N - p - tau217和N - p - tau181的不可分割的準確性表明，它們都可以從前驅階段開始支持AD的診斷。這些結果表明，不同的p - tau生物標志物在AD病理過程的不同階段發生變化，并支持在特定階段靶向治療特定p - tau的想法。這些新型生物標志物的其他重要臨床意義包括它們在預后、進展監測和治療試驗結果測量方面的潛在用途。