脑脊液磷酸tau T181和T217生物标志物在阿尔茨海默病诊断的临床表现

介绍

阿尔茨海默病(AD)有两个病理标志:β淀粉样蛋白(Aβ)斑块和tau神经原纤维缠结。在活的个体中，这些病理可以通过正电子发射断层扫描(PET)成像或脑脊液(CSF)分析检测到，使用免疫测定法测量Aβ42(或Aβ42/Aβ40比率)、总tau和磷酸化tau - 181 (p - tau181)。这些生物标志物作为AD的生物学证据被纳入诊断标准。然而，脑脊液Aβ42的异常减少也存在于约30%的认知未受损(CU)老年人和高达50%的路易体痴呆(DLB)患者中。此外，脑脊液总tau蛋白是神经元损伤的标志，在其他神经系统疾病中也会增加。相反，CSF p - tau181对AD病理具有高度特异性，并且在包括tau相关额颞叶变性在内的纯tau病变中保持不变。血液中的这些生物标记物也有类似的结果。

Aβ病理是AD中最早可检测到的变化，而p - tau181在轻度认知障碍(MCI)晚期和痴呆阶段变得异常。然而，动物模型研究表明，其他形式的p - tau可能在与新出现的Aβ病理相关的疾病过程中早期增加。在人脑脊液中，p - tau199、p - tau212/p - tau214、p - tau231和p - tau231/p - tau235与p - tau181具有相似的诊断性能。免疫沉淀-质谱法(IP - MS)定量的p - tau217在AD CSF中与对照组的最低水平相比显著升高。P - tau217与Aβ病理的相关性优于p - tau181，并能更好地区分AD和非AD疾病。在临床前家族性AD中，脑脊液p - tau217几乎与初始Aβ变化同时增加。另一项研究表明，p - tau217与tau - PET和Aβ - PET的相关性优于p - tau181。p - tau217可能是阿尔茨海默病早期Aβ病理生理的标志。然而，需要进一步的研究，包括与新的和已建立的p - tau181生物标志物进行头对头比较。

在这项研究中，我们对不同的p - tau生物标志物在MCI - AD和AD痴呆中的表现进行了头部对头部的比较。我们在三个前瞻性队列中评估了:(1)MCI - AD和AD痴呆中p - tau生物标志物的变化模式，(2)区分早期MCI - AD与非AD型MCI的准确性，以及(3)p - tau生物标志物与Aβ病理生理的相关性。

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方法

在三个队列(n = 503)中评估CSF中N端定向p-tau217 (n -p-tau217)、N端定向p-tau181 (n -p-tau181)和标准中部p-tau181 (Mid-p-tau181)生物标志物，以评估诊断性能、一致性以及与β淀粉样蛋白(Aβ)的相关性。

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结果

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

将稀释2倍或4倍的样品与未稀释的相同样品进行线性稀释的脑脊液样品比较。外源添加的磷酸化重组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验证了检测特异性，表明抗体特异性识别预期的表位(图1B-C)。每次检测都是针对所使用的抗体对的:目标分析物的免疫耗竭去除94%至98%的可测量信号(图1D-E)。此外，这些分析在临床研究中显示了强大的可重复性。

图1 所研究的p - tau测定的描述和验证

3.2. 群体特征

我们在一个发现队列(n = 33)和两个独立验证队列(n = 266和n = 199)中研究了p - tau生物标志物的表现;表1)。发现队列包括16名脑脊液核心生物标志物异常的AD痴呆参与者和17名生物标志物水平正常的Aβ-老年人对照组(P < 0.0001)。AD痴呆参与者年龄较大(P < 0.0001)。Ljubljana队列包括Aβ- CU (n = 25)，非AD-MCI (n = 72)，MCI - AD (n = 55)和AD痴呆(n = 114)。Paris队列包括Aβ- CU (n = 25)、非AD-MCI (n = 41)、MCI‐AD (n = 15)、AD痴呆(n = 94)和非AD痴呆(FTD [n = 11]、DLB [n = 10]、VaD [n = 3])。在两个验证队列中，MCI‐AD个体的Aβ42水平均降低。Aβ- CU、非AD-MCI和非AD痴呆参与者的核心生物标志物正常。在两个队列中，通过MMSE评估的认知障碍随着疾病严重程度的增加而增加。在Paris队列中，AD痴呆和MCI-AD参与者比Aβ- CU年龄大(P≤0.0023)。各组间无性别差异(χ2检验;P≥0.930)。

表1 发现和验证队列的人口学特征和脑脊液p-tau浓度

3.3. AD病理过程中 p-tau生物标志物的增加

与Aβ- CU相比，AD痴呆(p < 0.0001;图2A-I) 和非AD MCI(P < 0.0001;图2D - I)中所有p - tau生物标志物均升高。在两个验证队列中，与Aβ - CU相比，N‐p‐tau217在MCI‐AD中显著升高(p≤0.0124，图2G,D)。N‐p‐tau181在两个队列中均显示轻度但显著的MCI‐AD升高(p≤0.0254，图2E,H)。在两个验证队列中，Mid - p - tau181显示MCI - AD的轻微非显著变化(图2F,I)。与非AD-MCI相比，MCI- AD中N‐p‐tau217升高(p≤0.0217，图2D,G)， N‐p‐tau181升高(p≤0.0380;图2 E、H)。在两个队列中，Mid - p - tau181在MCI - AD和非AD MCI之间没有差异。在Paris队列中，与非AD痴呆相比，AD痴呆患者的所有p - tau生物标志物均升高(p < 0.0001，图2G-I)。在各自的Aβ-组中，p‐tau浓度相似(图2A-I)。

图2 三个队列中p-tau生物标志物的浓度

N‐p‐tau217在所有队列和组间的平均倍数增加最高，其次是N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181。对于AD痴呆，N - p - tau217倍变化为9.2至11.5倍，而N - p - tau181为3.2至6.0倍，Mid - p - tau181为2.2至3.6倍。在验证队列中，N‐p‐tau217组MCI‐AD的倍数变化为3.5 - 3.7,N‐p‐tau181组为1.8 - 2.2,Mid‐p‐tau181组为1.3 - 1.6。对于AD痴呆和MCI‐AD, N‐p‐tau217倍的变化高于N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181。

3.4. p-tau变异与淀粉样蛋白生物标志物的关联

验证队列中的p‐tau生物标志物与Aβ42/ Aβ40呈负相关，发现队列中的Aβ42。然而，在Ljubljana和Paris队列中，N‐p‐tau217与Aβ42/ Aβ40的相关性最强。相比之下，N‐p‐tau181与Aβ42/ Aβ40的相关性为r = -0.783 ~ r = -0.819 (p < 0.0001)，Mid‐p‐tau181的相关性为r = -0.736 ~ r = -0.802 (p < 0.0001)。在AD痴呆中，在两个验证队列中，N‐p‐tau217与Aβ42/ Aβ40相关(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形式都与Aβ42/ Aβ40呈弱相关性，但在Ljubljana队列中，只有Mid - p - tau181达到显著性(r = -0.353, p = 0.0088)。在Aβ-组中，p - tau与Aβ42/Aβ40无相关性。

3.5. p - tau变异识别Aβ病理和区分MCI - AD与非AD MCI的准确性

在Ljubljana队列中，N‐p‐tau217与N‐p‐tau181 (AUC = 94.8%[95%置信区间[CI] = 92.4%-97.4%]，p = 0.1567)同样准确地鉴定出Aβ42/Aβ40降低的个体(AUC = 97.1%[95%置信区间[CI] = 92.4%-97.4%]，强于Mid‐p‐tau181 (AUC = 91.2% [95%CI = 88.0%-94.4%]， p = 0.0029;图3A)。N‐p‐tau217从Aβ- CU中分离MCI‐AD的准确度(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;图3 B)。N‐p‐tau217比Mid‐p‐tau181 (AUC = 70.6% [95%CI = 61.6%-79.7%] p = 0.0004)更准确地区分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%]);图3C)。

图三

3.6. 从Aβ- CU和非AD痴呆中分离AD痴呆的准确性

在Paris队列中，N‐p‐tau217区分AD痴呆与非AD痴呆患者(AUC = 99.7% [95%CI = 99.2%-100%])的准确率与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;图3 D)相似。当非AD痴呆病例按痴呆类型分层时，结果没有变化(数据未显示)。

3.7. p - tau生物标志物与总tau的相关性

在所有队列中，N‐p‐tau217与N‐p‐tau181高度相关(r = 0.913 ~ r = 0.935, p < 0.0001;表2)。这些相关性在Aβ+病例中强于Aβ-病例，在MCI中也有类似的观察结果(表2)。

在所有队列中，N‐p‐tau217与Mid‐p‐tau181相关(r = 0.847 ~ r = 0.930, p < 0.0001;表2)，与Aβ+病例的相关性更强(表2)。在诊断方面，AD病例的相关性最高(r = 0.700至r = 0.835, P < 0.0001，表2)。

在所有队列中，N - p - tau217与总tau蛋白(r = 0.823至r = 0.857, p < 0.0001)以及在Aβ+亚组中(r = 0.533至r = 0.857, p < 0.0001)有很强的相关性。N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181与total-tau之间也记录了类似的相关性。

表2 N-p-tau217与其他p-tau形式和总tau的Spearman相关性

3.8.p - tau生物标志物之间的一致性

N‐p‐tau217和N‐p‐tau181的总体一致性为88.2%(阴性一致性(- / -):N = 81/262 [30.9%];阳性一致性(+/+):n = 150/262 [57.3%]，κ = 0.746;图4A)。N‐p‐tau217与Mid‐p‐tau181的总体一致性相对较低，为79.7%(负一致性(- / -):N = 91/262 [34.7%];阳性一致性(+/+):n = 118/262 [45.0%]，κ = 0.606;图4 B)。N‐p‐tau181与Mid‐p‐tau181的一致性为82.7%(阴性一致性:N = 103/266 [38.7%];阳性一致性:n = 117/266 [44.0%]，κ = 0.662;图4 C)。N‐p‐tau217阳性、Mid‐p‐tau181阴性(N = 52/262, 19.8%)和N‐p‐tau181阴性(N = 20/262, 7.6%)的病例比例高于N‐p‐tau217阴性、N‐p‐tau181阳性(N = 11/262, 4.2%)和Mid‐p‐tau181阳性(N = 1/262, 0.4%)的病例比例。根据诊断组，N‐p‐tau217阳性但N‐p‐tau181或Mid‐p‐tau181阴性的病例大多为MCI‐AD (N‐p‐tau181阴性:20名不一致的参与者中有13名MCI‐AD;Mid - p - tau181阴性:52个不一致个体中有40个MCI - AD)。

3.9. p - tau与认知能力下降和神经退行性变的关系

在Ljubljana和Paris队列中，N‐p‐tau217与MMSE呈负相关(r = -0.490和r = -0.419, p < 0.0001)。N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181表现出相似的相关性(Ljubljana:r = -0.481和r = -0.357;Paris: r = -0.428和r = -0.405, P < 0.0001)。在Ljubljana队列中，Aβ+病例中N - p - tau217和N - p - tau181的相关性显著(r = -0.222, p = 0.0215和r = -0.279, p = 0.0040)。在Paris队列中，N‐p‐tau217、N‐p‐tau181和Mid‐p‐tau181分别与内侧颞叶萎缩相关(r = 0.334、r = 0.335和r = 0.305, p < 0.001)。

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讨论

在这项研究中，我们比较了脑脊液p - tau生物标志物在临床环境中的诊断性能。与N端检测抗体配对的p- tau217和p- tau181在MCI - AD中升高，而传统的中部p- tau181检测保持在正常范围内。与此一致，N - p - tau217和N - p - tau181鉴定出Aβ病理生理增加，MCI - AD与非AD-MCI分离，MCI - AD与Aβ- CU的区分明显优于Mid - p - tau181。N - p - tau217和N - p - tau181的相似性能表明，N - p - tau217的优势依赖于与之比较的p - tau181生物标志物。N - p - tau217和N - p - tau181似乎是阿尔茨海默病病理生理的早期标志物，可以帮助确定前驱认知能力下降是否由阿尔茨海默病引起。所有的p - tau变体都显示出接近完美的区分AD和Aβ-非AD的能力，表明AD的特异性相当。

我们将一种新型N - p - tau217生物标志物与三种p - tau181检测方法进行了头对头的比较:两种商用Mid - p - tau181检测方法(INNOTEST和Lumipulse)，以及一种基于Simoa的超灵敏N - p - tau181生物标志物，该生物标志物与N - p - tau217具有相同的分析特征(即相同的检测抗体、检测缓冲液和平台)。我们证实了先前的研究结果，即p - tau217与p - tau181和total - tau高度相关，比p - tau181显示出更大的倍数变化，并且具有更高的识别Aβ+病例的能力。然而，N - p - tau217和N - p - tau181比Mid - p - tau181更早出现异常，这表明两者都与Aβ病理生理相关，特别是在疾病过程的初始阶段。N - p - tau217和N - p - tau181几乎与Aβ变化同时开始增加，而Mid - p - tau181随后出现异常。一项临床前AD研究中发现，与Mid - p - tau181相比，N - p - tau217和N - p - tau181与Aβ- PET和CSF Aβ42/ Aβ40 (Elecsys)的变化相关性更好。

总之，我们比较了p - tau生物标志物，发现N - p - tau217和N - p - tau181在早期MCI - AD中都增加，识别出Aβ病理个体，并且比Mid - p - tau181更准确地区分早期MCI - AD和非AD-MCI。N - p - tau217和N - p - tau181的不可分割的准确性表明，它们都可以从前驱阶段开始支持AD的诊断。这些结果表明，不同的p - tau生物标志物在AD病理过程的不同阶段发生变化，并支持在特定阶段靶向治疗特定p - tau的想法。这些新型生物标志物的其他重要临床意义包括它们在预后、进展监测和治疗试验结果测量方面的潜在用途。