本文档是由澳门科技大学转化医学中心的王建民（Jianman Wang）作为第一作者，陆星（Xing Lu）与何耀（Yao He）作为通讯作者撰写的学术综述。该文章于2025年2月4日发表在开放获取期刊 Biosensors （2025年卷15期，第85篇）。论文的标题为《电化学技术检测血液中作为阿尔茨海默病生物标志物的Tau蛋白》（Electrochemical Technology for the Detection of Tau Proteins as a Biomarker of Alzheimer’s Disease in Blood）。文章的核心主题是全面回顾和总结近年来利用电化学（Electrochemical, EC）生物传感技术检测血液中阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）相关Tau蛋白标志物的研究进展，并探讨其在早期诊断和即时检测（Point-of-Care, POC）中的应用潜力。
本文首先阐述了阿尔茨海默病诊断的紧迫性及当前主流检测技术的局限性，进而引出电化学生物传感器的优势，并对关键的血液Tau蛋白亚型进行了系统性介绍。随后，文章的核心部分按照电化学传感技术的分类，详细评述了基于抗体和基于适配体的电化学传感器在检测各种Tau蛋白（包括总Tau [t-tau] 和多种磷酸化Tau [p-tau181, p-tau217, p-tau231等]）方面的最新研究成果。最后，文章讨论了该领域面临的挑战并展望了未来发展方向。以下将分段详述文章的主要观点。
阿尔茨海默病诊断背景与电化学技术的优势 阿尔茨海默病是导致老年痴呆的主要原因，其发病率与年龄密切相关。目前，AD的诊断主要依赖于正电子发射断层扫描（PET）和磁共振成像（MRI）等影像学技术，以及脑脊液（CSF）中生物标志物（如磷酸化Tau蛋白[p-tau]和总Tau蛋白[t-tau]）的检测。然而，这些方法存在明显缺陷：PET和MRI成本高昂、普及性低，且在AD早期阶段灵敏度不足；CSF检测虽然可靠，但需要通过腰椎穿刺获取样本，具有侵入性，不适合大规模筛查。相比之下，血液（血浆/血清）样本的获取更为简便、微创且成本低，因此，血液生物标志物，特别是p-tau亚型（如p-tau181和p-tau217），已成为早期AD检测的极具前景的替代方案。然而，血液中Tau蛋白的浓度极低（约为CSF中的十分之一），对检测技术的灵敏度提出了巨大挑战。
电化学生物传感技术因其高灵敏度、优异特异性、快速响应、成本效益、易于小型化和便携化等优势，在疾病检测领域取得了显著进展。与其它方法相比，电化学传感器受温度、pH和常见生物样本干扰物质的影响较小，特别适合于临床检测应用。因此，本文旨在综述电化学传感技术在血液Tau蛋白检测方面的最新进展，展示其如何变革AD诊断格局。
血液中AD相关的关键Tau蛋白亚型及其诊断价值 文章系统梳理了血液中几种关键的Tau蛋白亚型，并阐述了它们在AD病程中的诊断和预后价值，为后续讨论各种传感器的检测目标提供了生物学背景。 * 血浆p-tau181：是目前研究最广泛的AD血液生物标志物。其水平在AD临床前阶段即已升高，并随着疾病进展进一步增加。研究表明，健康人群的血浆p-tau181水平约为2.46 pg/ml，而轻度AD患者约为6.14 pg/ml。p-tau181能有效区分AD患者与认知正常者、轻度认知障碍（Mild Cognitive Impairment, MCI）患者以及其他神经退行性疾病患者。它甚至在临床诊断前八年即显示出预测AD进展的价值。 * 血浆p-tau217：与p-tau181相比，p-tau217在追踪AD连续病程中的中枢神经系统变化方面表现出更优的潜力。例如，研究数据显示，AD患者与对照组之间血浆p-tau217的倍数变化（约3.9倍）高于p-tau181（约1.7倍）。p-tau217在预测淀粉样蛋白（Aβ）病理状态和追踪临床前AD进展方面也表现更佳，可能更适用于AD的临床分期和鉴别诊断。 * 血浆p-tau231：是一个新兴的生物标志物，被认为在AD早期（甚至在Aβ积累可被PET检测之前）即开始升高，反映了早期的Tau沉积。因此，它在监测AD早期病理状态方面具有重要潜力，可能适用于临床前AD检测和临床试验。 * 其他Tau蛋白：如tau381和tau441等长型Tau异构体，也被认为在AD早期识别中发挥作用，但可能受其他神经退行性疾病的干扰。此外，血液总Tau蛋白（t-tau）的升高并不特指AD，也可能与其他导致轴突损伤的疾病（如中风）相关。近期开发的针对脑源性Tau蛋白（brain-derived tau, BDT）的单克隆抗体，有助于减少外周来源Tau蛋白的干扰，提高了血液t-tau检测的诊断特异性。
基于抗体的电化学传感平台进展 这是文章评述的重点部分，作者按照不同的电化学检测技术进行了分类阐述，并通过表格和具体研究实例展示了各类传感器的分析性能。 * 循环伏安法（Cyclic Voltammetry, CV）技术：CV主要用于定性表征电极表面的电化学反应特性。例如，Karabiga等人（2020）开发了一种基于还原氧化石墨烯/金纳米颗粒（rGO/AuNPs）复合材料修饰的氧化铟锡电极（ITO）的免疫传感器，用于检测tau441蛋白。该传感器利用CV技术监测传感器构建过程，并通过检测峰电流随tau441浓度（1-500 pg/ml）增加而逐渐降低的现象进行定量，获得了低至0.091 pg/ml的检测限，并在血清和CSF临床样本中验证了其性能。 * 方波伏安法（Square Wave Voltammetry, SWV）技术：SWV因其高灵敏度而被广泛用于Tau蛋白检测。例如，Schneider等人（2022）开发了一种基于多壁碳纳米管（MWCNTs）和铂纳米粒子修饰的丝网印刷碳电极的免疫传感器，用于检测p-tau181。该传感器利用SWV测量，在8.6-1100 pg/ml的范围内呈线性响应，检测限低至0.24 pg/ml，显著低于健康人群和轻度AD患者的血浆水平，并在加标血清样本中展现出高稳定性和特异性。 * 差分脉冲伏安法（Differential Pulse Voltammetry, DPV）技术：DPV因其极高的灵敏度和分辨率而被广泛用于Tau蛋白检测。文章列举了多项研究：Li等人（2020）利用MWCNTs/还原氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料修饰金电极，结合AuNPs信号放大，检测tau441，获得了0.021 pg/ml的超低检测限。Shiravandi等人（2022）开发了用于检测新型标志物“顺式p-tau”的无标记电化学免疫传感器。Simge Er Zeybekler（2023）利用聚多巴胺包覆的六方氮化硼复合材料开发了检测t-tau的传感器。Li等人（2023）则开发了可同时检测四种AD标志物（Aβ40, Aβ42, t-tau, p-tau181）的垂直排列石墨烯免疫传感器，并集成了智能手机界面，实现了便携式检测。 * 电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）及阻抗技术：阻抗技术是一种无标记、高灵敏度的检测方法，通过监测生物分子结合引起的电荷转移电阻变化来实现检测。文章回顾了从早期灵敏度有限的研究（如Carlin等人，2018）到近年来的高灵敏度进展。例如，Kim等人（2020）报道了基于密集排列碳纳米管阵列的传感器，可同时检测四种AD标志物，实现了低至飞摩尔（femtomolar）水平的灵敏度和高恢复率。Hien T. Ngoc Le等人（2021）报道了用于检测p-tau231的叉指电极阻抗传感器。Tieu等人（2023）通过使用还原氧化石墨烯/β-环糊精纳米复合材料修饰的ITO微电极，将p-tau181的检测限推至0.92 fg/ml的极高水平，并首次量化了其与抗体的解离常数。Chen等人（2024）进一步开发了结合原位酶催化放大和DNA介导抗体定向的免疫传感器，实现了对Tau蛋白的极高灵敏度检测。
基于适配体的电化学传感平台进展 与抗体相比，适配体（Aptamer）具有稳定性高、成本低、易于合成和功能化、可重复使用等优点。文章评述了近年来适配体电化学传感器在Tau蛋白检测中的应用。 * Liu等人（2022）报道了一种用于血液Tau蛋白即时检测的便携式适配体传感器平台。该平台使用垂直石墨烯/金纳米粒子修饰电极，通过DPV测量，实现了0.1 pg/ml的检测限，并显示出高特异性、良好的结合亲和力和稳定性。 * Cheng等人（2023）提出了一种磁辅助酶促DNA walker系统，用于同时检测Aβ寡聚体和Tau蛋白。该系统通过竞争性结合释放DNA walker，并在电极表面行走以放大信号，实现了对两种标志物的高灵敏度多重检测。 * Kong等人（2024）设计了用于检测p-tau231的适配体电化学传感器。该传感器通过电沉积金纳米粒子增强导电性，利用DPV技术实现了10-10^7 pg/ml的线性检测范围和2.31 pg/ml的检测限，并具有良好的重复性、稳定性和重现性。
场效应晶体管（Field-Effect Transistor, FET）技术 FET生物传感器因其超高灵敏度、实时监测、小型化、低成本等优势而备受关注。文章介绍了基于FET技术的AD生物标志物传感器进展。 * Park等人（2020）开发了基于还原石墨烯的FET生物传感器，利用Aβ1-42和t-tau蛋白等电点不同引起的掺杂效应差异，实现了对这两种标志物的飞摩尔级灵敏检测。 * Kwon等人（2021）进一步改进，开发了无连接子的电解质门控石墨烯FET免疫传感器，通过将抗体直接固定在石墨烯的边缘缺陷上，实现了更高的灵敏度和更低的检测限。 * Ciou等人（2023）首次报道了用于检测p-tau217的石墨烯溶液门控FET传感器，展示了高灵敏度、高特异性和良好的稳定性。 * Wang等人（2024）开发了新一代FET生物传感器，可同时检测p-tau217、Aβ40、Aβ42、p-tau181和神经丝轻链五种AD生物标志物，并结合机器学习算法分析数据，显著提高了AD分期的准确性，其灵敏度比商业化ELISA方法高10倍。
挑战与未来展望 在综述了各项进展后，文章客观分析了电化学传感技术在血液Tau蛋白检测领域面临的挑战以及未来的发展方向。 * 挑战：包括抗体本身的非导电性对信号转换的影响；传感器制备对纳米材料的依赖，可能影响重现性和稳定性；复杂生物样本分析中的干扰问题；实时测量与高通量检测的难度；适配体在复杂环境中的稳定性、灵敏度提升和非特异性结合问题；各种电化学技术（如CV、DPV、SWV、EIS、FET）各自存在的局限性，如假阳性、背景噪音、器件性能不一致等。 * 未来展望：未来的研究应聚焦于开发更稳定、重现性更好的传感界面；设计能够同时检测多个AD相关生物标志物的多路复用系统；利用先进的数据分析方法（如机器学习）整合多标志物信息和临床数据，以提高诊断准确性；推动技术从实验室向临床实用化和商业化转化。这些技术进步将有助于填补实验突破与临床应用之间的鸿沟，为神经退行性疾病的早期诊断和管理提供更实用的工具。
论文的意义与价值 这篇综述文章具有重要的学术价值和指导意义。首先，它系统性地梳理和整合了电化学传感技术在AD血液标志物检测这一快速发展的交叉领域中的最新研究成果，为相关领域的研究人员提供了一份全面、深入的参考资料。其次，文章不仅展示了技术的巨大潜力，也冷静地分析了当前存在的技术瓶颈，为未来的研究指明了方向。最后，通过强调电化学传感器在成本、灵敏度、便携性方面的优势，文章有力地论证了该技术有望推动AD早期诊断从依赖昂贵、侵入性检测向普及化、常规化筛查转变的潜力，对于改善AD的临床管理、促进及时干预、以及降低社会医疗负担具有重要的潜在应用价值。文章的发表也反映了《Biosensors》期刊在生物传感前沿领域的关注点。