血浆磷酸化tau217水平与早期阿尔茨海默病tau蛋白正电子发射断层扫描的关联性研究学术报告
本研究由Shorena Janelidze博士、David Berron博士、Ruben Smith医学博士、Olof Strandberg博士、Nicholas K. Proctor理学学士、Jeffrey L. Dage博士、Erik Stomrud医学博士、Sebastian Palmqvist医学博士、Niklas Mattsson-Carlgren医学博士以及Oskar Hansson医学博士（通讯作者）共同完成。研究团队主要来自瑞典隆德大学临床科学马尔默校区临床记忆研究单元、斯科讷大学医院神经科与记忆诊所，部分合作者来自美国印第安纳波利斯的礼来公司。该研究于2020年11月9日在线发表于《JAMA Neurology》期刊（卷78，第2期，第149-156页），并于2021年2月正式刊印。
一、研究学术背景
本研究的科学领域属于神经科学与临床神经病学，具体聚焦于阿尔茨海默病（Alzheimer Disease, AD）的早期生物标志物开发。AD是导致痴呆的最常见原因，其核心病理特征包括β淀粉样蛋白（Amyloid-β， Aβ）形成的细胞外斑块和由磷酸化tau蛋白（phosphorylated tau, p-tau）构成的细胞内神经原纤维缠结。确诊AD的金标准是尸检的神经病理学评估。在活体研究中，脑脊液（Cerebrospinal Fluid, CSF）分析和正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography, PET）是检测Aβ和tau病理的常用方法。然而，CSF采集具有侵入性，PET扫描则成本高昂、操作复杂，限制了其在大规模人群筛查、基层医疗应用和临床试验中的广泛使用。因此，开发一种经济、微创（如血液检测）且可靠的AD早期生物标志物具有迫切的临床和研究需求。
近年来，血浆中的tau蛋白，特别是磷酸化形式，显示出作为AD生物标志物的潜力。此前研究多聚焦于苏氨酸181位点磷酸化的tau（p-tau181）。然而，新近证据表明，脑脊液中苏氨酸217位点磷酸化的tau（p-tau217）比p-tau181更能反映AD相关的tau病理。同时，初步研究显示血浆p-tau217在区分AD与非AD神经退行性疾病方面表现优异，甚至在常染色体显性AD中，其水平在认知障碍发生前约20年就开始升高。值得注意的是，脑脊液p-tau与tau-PET虽然都反映tau病理，但并不完全等同。脑脊液p-tau水平升高发生在AD的所有阶段，包括无症状期，此时tau-PET可能仍为正常，因为CSF p-tau反映了大脑tau代谢的变化；而tau-PET示踪剂主要与神经原纤维缠结中的不溶性tau聚集体结合，其异常通常出现在症状期，并与脑萎缩和认知功能相关。这提示基于体液的p-tau测量可能在AD最早阶段比tau-PET更敏感。基于此背景，本研究旨在深入探讨血浆p-tau217与tau-PET在AD早期阶段的关联，核心目标是评估在AD病程中，血浆p-tau217水平的变化相较于已确立的CSF p-tau217和PET生物标志物（特别是tau-PET）出现的早晚顺序。
二、详细研究流程
本研究是一项基于瑞典BioFINDER-2前瞻性纵向研究的队列研究，设计严谨，流程环环相扣，主要包括研究对象招募与评估、生物样本采集与分析、神经影像学评估以及多层次的数据统计分析。
1. 研究对象与纳入标准： 研究共招募了490名参与者，均于2017年1月至2019年10月期间在瑞典的两家医院登记。参与者分为三组：认知健康的对照个体（225名）、有主观认知下降的个体（89名）以及轻度认知障碍（Mild Cognitive Impairment, MCI）患者（176名）。根据美国国家老龄化研究所-阿尔茨海默病协会的研究框架，将主观认知下降者和认知健康者合并为“认知未受损”组（共314名）。所有参与者均接受了血浆p-tau217检测、tau-PET和Aβ-PET成像。其中，一个包含111名参与者的亚队列（72名认知未受损，39名MCI）进行了2次或3次tau-PET扫描，用于纵向分析。在505名符合条件的参与者中，因扫描质量不达标排除了10人，另2人缺乏血浆样本，最终纳入分析490人。研究经伦理委员会批准，所有参与者签署知情同意书。
2. 生物样本处理与分析： 血液和脑脊液样本按照标准化方案采集与处理。血浆p-tau217和CSF p-tau217的浓度均在美国礼来公司的实验室使用基于Meso Scale Discovery平台的免疫分析方法进行测定，实验室技术人员对临床和影像数据设盲。这是一种专门的生物标志物检测技术。 * 血浆p-tau217测定： 使用生物素化的抗tau抗体（IBA493）作为捕获抗体，磺化标记的抗tau抗体（4G10-E2）作为检测抗体。血浆样本用含有异嗜性阻断剂的样本缓冲液以1:2稀释。该测定使用经过糖原合酶激酶3体外磷酸化并经过质谱表征的重组tau蛋白（4R2N）进行校准。血浆p-tau217数据使用预先确定的2.5 pg/mL的截断值进行二分类（异常 vs. 正常），该截断值基于一个大型Aβ阴性对照组（排除两个血浆p-tau217离群值后）的平均值加两个标准差确定。 * CSF p-tau217测定： 使用生物素化的抗tau抗体（IBA413）作为捕获抗体，另一种tau特异性抗体作为检测抗体。CSF样本以1:8稀释。研究中对低于检测下限（0.48 pg/mL）的血浆p-tau217值进行了插值或归因处理，并在敏感性分析中验证了排除这些数据后主要结果相似。
3. 神经影像学评估： 所有影像学评估均对血浆p-tau217数据设盲。 * tau-PET成像： 使用[18F]RO948示踪剂进行。影像处理重点关注三个关键脑区：内嗅皮层（公认的AD tau病理最早累积区域之一）、颞叶元区域和皮层元区域。tau-PET状态主要基于内嗅皮层区域的标准化摄取值比（Standardized Uptake Value Ratio, SUVR）来定义，并使用预定的截断值（1.48 SUVR）判断异常。 * Aβ-PET成像： 使用[18F]Flutemetamol示踪剂进行，以评估全脑皮层Aβ负荷。
4. 统计分析流程： 研究采用了多种先进的统计模型来分析横断面和纵向数据之间的关系。 * 组间比较： 使用Mann-Whitney U检验或经年龄和性别调整的单变量一般线性模型（对数转换后数据）比较各组血浆p-tau217水平的差异。 * 生物标志物与Aβ负荷的关系： 使用非线性多项式样条模型（I样条基）来估计血浆p-tau217、CSF p-tau217和tau-PET测量值随连续Aβ-PET摄取值（即Aβ负荷）的变化模式。 * 生物标志物异常顺序建模： 使用事件基于建模（Event-Based Modeling, EBM）这一数据驱动方法，来推断在认知未受损和MCI参与者中，血浆p-tau217、CSF p-tau217以及三个tau-PET事件（内嗅皮层、颞叶元区域、皮层元区域异常）的发生顺序。每个“事件”代表一个生物标志物向异常状态的转变。 * 介导分析： 采用Bootstrap法进行简单介导分析，以检验血浆p-tau217是否介导了Aβ-PET与tau-PET之间的关联。 * 纵向分析： 对于有多次tau-PET扫描的参与者，使用线性回归模型计算内嗅皮层SUVR随时间的年度变化斜率。 * 显著性水平： 设定双侧P值<0.05为具有统计学意义。分析使用SPSS 26和R 3.6软件进行。
三、主要研究结果
本研究取得了多项关键发现，系统阐述了血浆p-tau217在AD病理级联反应早期阶段的作用及其与tau-PET的时序关系。
1. 血浆p-tau217与内嗅皮层tau-PET状态在认知未受损者中的关联： 当根据内嗅皮层tau-PET状态对314名认知未受损参与者进行分类时，结果极具启发性：252人（80.3%）为Aβ-PET-/tau-PET-（双阴性），47人（15.0%）为Aβ-PET+/tau-PET-（Aβ异常但tau-PET正常），14人（4.5%）为Aβ-PET+/tau-PET+（双阳性），仅1人（0.3%）为Aβ-PET-/tau-PET+。分析显示，这三组（Aβ-PET-/tau-PET-、Aβ-PET+/tau-PET-、Aβ-PET+/tau-PET+）的血浆p-tau217浓度存在显著差异。最关键的发现是：与Aβ-PET-/tau-PET-组相比，Aβ-PET+/tau-PET-组的血浆p-tau217水平已显著升高（中位数：2.2 pg/mL vs 0.7 pg/mL）。这意味着，在认知未受损的个体中，即使tau-PET尚未检测到内嗅皮层的不溶性tau聚集体（tau-PET阴性），但只要存在Aβ病理（Aβ-PET阳性），其血浆p-tau217水平就已经升高。血浆p-tau217能够以较高的准确度区分Aβ-PET+/tau-PET-与Aβ-PET-/tau-PET-的认知未受损者（受试者工作特征曲线下面积AUC为0.832，敏感性/特异性均为79%）。在血浆p-tau217与内嗅皮层tau-PET状态不一致的个体中，绝大多数（94.7%， 36/38）表现为血浆p-tau217阳性而tau-PET阴性，这进一步支持了p-tau217变化在先的假设。
2. 生物标志物异常顺序的推断： 事件基于建模（EBM）对横断面数据的分析，清晰地预测了生物标志物异常的顺序。模型预测，在认知未受损和MCI参与者中，CSF p-tau217首先发生改变，其次是血浆p-tau217，然后才是内嗅皮层的tau-PET信号异常，接着是颞叶元区域tau-PET异常，最后是皮层元区域tau-PET异常。 非线性样条模型的可视化结果与此一致。更重要的是，当分析这些生物标志物随全球Aβ负荷（Aβ-PET SUVR）增加的变化曲线时发现，血浆和CSF p-tau217的水平在较低的Aβ-PET SUVR值（即较低的Aβ负荷）时就开始上升，其上升点早于内嗅皮层tau-PET SUVR的升高，而后者又早于颞叶和皮层tau-PET SUVR的升高。这为AD病理生理的时序性提供了量化证据：Aβ累积首先导致了可溶性tau代谢（表现为血浆和CSF p-tau217升高）的改变，随后才引发不溶性tau聚集体的沉积（表现为tau-PET阳性）。
3. 血浆p-tau217对Aβ-PET与tau-PET关联的介导作用： 介导分析整合了认知未受损和MCI参与者的数据，结果显示，Aβ-PET对tau-PET的总体效应中，有高达76.4% 的部分是通过血浆p-tau217介导的，而Aβ-PET对tau-PET的直接效应仅占23.6%。这从统计上强有力地支持了“Aβ病理通过影响tau代谢（表现为血浆p-tau217升高），进而促进tau聚集（表现为tau-PET阳性）”这一病理级联假说。
4. 基线血浆p-tau217水平预测内嗅皮层tau-PET的纵向变化： 纵向分析提供了前瞻性的证据。在111名基线时内嗅皮层tau-PET正常的参与者中，那些基线血浆p-tau217水平高（>2.5 pg/mL）的个体，其内嗅皮层tau-PET SUVR的年度增加速率显著高于基线血浆p-tau217水平低的个体（中位数SUVR变化：0.029 vs -0.001）。这意味着，基线时血浆p-tau217水平升高，可以预测未来内嗅皮层tau聚集的增加。这为血浆p-tau217作为预测性生物标志物提供了直接依据。
四、研究结论与意义
本研究的核心结论是：在阿尔茨海默病的早期临床前阶段，当不溶性tau聚集体尚无法被tau-PET检测到时，血浆p-tau217水平就已经升高。其变化早于tau-PET信号在内嗅皮层变得异常。高水平的血浆p-tau217预示着未来内嗅皮层tau-PET信号的增加。因此，血浆p-tau217是AD早期大脑病理的一个极具前景的生物标志物。
这项研究具有重要的科学价值和潜在应用价值： * 科学价值： 它深化了我们对AD病理级联，特别是Aβ与tau病理之间动态时序关系的理解。研究证实，可溶性tau代谢变化（体液p-tau217）是连接Aβ沉积（Aβ-PET）和不可溶性tau聚集（tau-PET）之间的关键中间环节，这一发现为AD的发病机制提供了重要证据。 * 临床应用价值： 为开发用于AD早期筛查、诊断和疾病进程监测的血液检测奠定了基础。相比CSF和PET，血液检测更易于在初级保健机构和全球范围内推广，成本更低。 * 临床试验应用价值： 血浆p-tau217有望成为临床试验中的有力工具：（1）用于筛选处于临床前AD阶段的受试者，这些个体已经存在早期tau病理，但tau-PET尚未检测到，有助于招募最可能从早期干预中获益的人群；（2）作为监测某些抗tau药物靶点结合以及抗Aβ或抗tau治疗下游药效动力学效应的生物标志物（前提是这些药物不影响检测性能）。
五、研究亮点
六、其他有价值内容
研究也坦诚地指出了其局限性，包括纵向tau-PET扫描的参与者数量相对较少、缺乏纵向血浆p-tau217数据、认知未受损参与者相对年轻，以及部分参与者的血浆p-tau217水平低于检测限等。作者建议未来需要在更大规模队列中，使用更灵敏的检测方法，并针对其他tau-PET示踪剂验证这些发现。这些局限性为未来的研究指明了方向。