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神经炎斑和神经纤维缠结对阿尔茨海默病发展演化的影响

期刊:Neurology

本研究的第一作者为 P. Tiraboschi 博士,来自意大利米兰的 Ospedale Niguarda Ca’ Granda 医院的 Dipartimento di Scienze Neurologiche。共同作者包括 L.A. Hansen 博士、L.J. Thal 博士和 J. Corey-Bloom 博士(通讯作者),他们均来自美国加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)神经科学系以及圣地亚哥退伍军人医疗保健系统的神经科。这项研究发表于 2004 年 6 月的《神经病学》(Neurology)期刊(第 62 卷,第 1984-1989 页)。

这项研究的学术背景聚焦于阿尔茨海默病(Alzheimer Disease, AD)的神经病理学领域。AD 是最常见的原发性退行性痴呆,其病理特征主要包括老年斑(Senile Plaques, SPs)和神经原纤维缠结(Neurofibrillary Tangles, NFTs)。其中,神经炎性斑块(Neuritic Plaques, NPs)是老年斑的一种亚型,包含淀粉样蛋白核心和肿胀/营养不良的神经突。尽管已知这些病变与认知能力下降相关,但它们在 AD 发生、发展不同阶段的具体作用及其与临床症状出现和进展的时间关系,在当时仍不完全清楚。许多关于 AD 病理改变的描述基于疾病晚期或终末期的大脑,而对于疾病早期阶段(尤其是仅有轻微症状时)的病理变化了解相对有限。明确在认知障碍最早迹象出现时起作用的神经病理学底物,对于理解疾病机制和制定早期干预策略至关重要。同样,确定在临床 AD 确立后驱动病情恶化的后续病理变化也极为关键。因此,本研究旨在通过分析一组生前经过前瞻性评估、在疾病不同阶段去世的 AD 患者以及认知正常对照者的尸检脑组织样本,探讨 NPs 和 NFTs 在多个皮质区域的表达情况,并评估这些病理标志物与痴呆严重程度的关系,从而确定 NPs 和 NFTs 在 AD 发展和演变过程中的作用。

本研究的详细工作流程包含了几个主要环节:研究对象招募与分组、神经心理学评估、神经病理学检查以及统计分析。

首先,在研究对象方面,研究纳入了来自加州大学圣地亚哥分校 AD 研究中心等相关机构的尸检病例。所有病例根据其生前最后一次简易精神状态检查(Mini-Mental State Examination, MMSE)分数进行分组。核心研究对象包括 102 名经病理确诊的痴呆患者(即 AD 组)和 29 名无认知障碍证据的正常对照者(Normal Control Subjects, NCs)。AD 组患者进一步根据死亡前的 MMSE 分数细分为四个亚组:轻度 AD(MMSE ≥ 20,共 20 例,其中包含 5 例临床诊断为“有 AD 风险”的病例)、中度 AD(MMSE 10-19,共 24 例)、重度 AD(MMSE 1-9,共 30 例)和极重度 AD(MMSE = 0,共 28 例)。值得注意的是,在 29 名 NCs 中,有 11 人虽然在神经病理学上符合美国国家衰老研究所(NIA)或 AD 注册联盟(CERAD)的 AD 病理标准(即存在足够数量的斑块),但生前认知测试正常。这为研究“病理老化”或临床前 AD 提供了有价值的样本。

其次,在神经心理学评估环节,研究收集并报告了所有研究对象的多项认知测试数据,包括 MMSE、Blessed 信息-记忆-集中测试(BIMC)和 Mattis 痴呆评定量表(DRS)。这些评估为将病理发现与临床认知状态进行关联分析提供了基础。

第三,神经病理学检查是本研究数据获取的核心环节。尸检在死亡后 12 小时内进行。由一位观察者(L.A. Hansen)使用统一标准完成所有病理评估。研究选取了多个脑区进行研究,包括新皮质的中额叶(Midfrontal, MF)、下顶叶(Inferior Parietal, IP)、上颞叶(Superior Temporal, ST)区域,以及古/旧皮质的海马(Hippocampus, HIP)和内嗅皮质(Entorhinal Cortex, EC)。具体的病理学方法是对上述脑区的石蜡切片进行硫代黄素 S(Thioflavin-S)染色,然后在紫外光激发下观察计数。NPs 被定义为含有丝状淀粉样蛋白和肿胀或营养不良神经突的明亮染色斑块(可含或不含致密淀粉样核心)。NFTs 则是细胞内缠结结构。计数方法是在每个脑区先扫描整个切片以找到病理负担最重的区域,然后在该区域进行选择性计数:使用三个低倍视野(×100,总面积 1.76 mm²)计数 NPs,使用三个高倍视野(×500,总面积 0.1 mm²)计数 NFTs。每个脑区的计数结果取平均值,得到该病例在该脑区的单一 NP 和 NFT 计数。此外,还根据改良的 Braak 分期方案对每个大脑的神经原纤维病理程度进行了分期。研究中排除了伴有显著血管病理或路易体的病例,以尽量减少混杂因素。

第四,在数据分析阶段,研究采用了一元方差分析(ANOVA)来比较各组间的平均值,如果发现整体存在显著差异(p ≤ 0.01),则进一步使用 Scheffé 多重比较检验进行两两比较。此外,使用 Pearson 积矩相关分析来探讨死亡前 MMSE 分数或死亡年龄与 NP/NFT 计数的关联,使用 Spearman 等级相关分析来探讨死亡前 MMSE 分数或死亡年龄与 Braak 分期的关系。

本研究取得了多项重要结果,这些结果逐步揭示了 NPs 和 NFTs 在 AD 病程不同阶段的作用。

关于 NCs 组的病理发现:结果显示,绝大多数(87%)NCs 存在古皮质(内嗅皮质和/或海马)NFTs,但只有少数(37%)显示新皮质 NPs(常与古皮质 NFTs 共存),更少(19%)出现海马 NPs。与此形成鲜明对比的是,除一例在上颞叶有一个单发缠结外,没有任何 NCs 表现出新皮质 NFTs。这一发现表明,古皮质 NFTs 在认知正常的老年人中非常常见,可能是一种“正常老化”相关的现象;而新皮质 NPs 的出现则相对较少见,可能更具病理意义。

关于 AD 组病理标志物的敏感性与特异性:研究发现,新皮质 NFTs 虽然对 AD 几乎完全特异(即在 NCs 中几乎不存在),但其作为 AD 标志物的敏感性较低。即使在 AD 患者中,也有 10% 的人未检测到新皮质 NFTs,而在死亡时为轻度 AD 的患者中,这一比例高达近 50%。相反,NPs 存在于所有 AD 病例中,敏感性极高。这表明,如果诊断标准过于严格地要求存在新皮质 NFTs(如当时 NIA/Reagan 指南中的“高概率”AD 诊断),可能会漏诊近一半的早期 AD 病例。

比较 NCs 与轻度 AD 患者的差异:统计分析显示,NCs 组与轻度 AD 组之间,仅在 NPs 的数量上存在统计学上的显著差异,而在 NFTs 数量上无显著差异。这一关键结果表明,在 AD 病程的早期阶段,NPs 的积累是一个更显著的病理事件,可能与最早出现的临床症状相关联。

比较不同严重程度 AD 亚组之间的差异:在 AD 患者内部,虽然 NP 和 NFT 的密度都随着痴呆严重程度的增加而增加,但统计学上显著的组间差异 consistently(持续地)仅出现在 NFTs 上。这意味着,在临床 AD 确立之后,病情的进一步恶化与 NFTs 的增加有着更紧密的联系。

相关性分析结果支持了上述发现:当排除 NCs,仅分析 AD 队列时,死亡前的 MMSE 分数与 NFTs 的相关性比与 NPs 的相关性更密切。在整个 AD 队列中,NPs 和 NFTs 的数量与年龄呈负相关(即越年轻的患者病理负担可能越重)。而在无痴呆组(NCs)中,则观察到相反的趋势,NPs(尤其是古皮质 NFTs)的负担有随年龄增长而增加的趋势,这再次支持了古皮质 NFTs 可能与正常老化相关的观点。

区域特异性分析还揭示了有趣的模式:在整个 AD 病程中,新皮质 NPs 的积累模式较为泛化,各个新皮质区域受累程度相似。而 NFTs 则显示出区域偏好性,在上颞叶皮质的密度始终高于下顶叶和中额叶皮质。此外,海马 NPs 的出现可能与向临床疾病的转化密切相关,因为它在许多 NCs 中不存在,但在轻度 AD 患者中已明确出现。

基于以上结果,本研究得出了明确的结论:阿尔茨海默病的病情恶化似乎是由神经炎性斑块和神经原纤维缠结在疾病的不同阶段所驱动的。与正常对照者相比,即使在死亡时为轻度 AD 的患者,其神经炎性斑块(而非神经原纤维缠结)也显著增加,这表明只有神经炎性斑块与阿尔茨海默病的最早期症状相关。换言之,NPs 的沉积是 AD 早期病程中的重要事件,可能标志着临床疾病的开始或其直接临床前阶段;而 NFTs,虽然在疾病早期不那么重要,但随着疾病进展持续增加,并可能成为超越轻度阶段后认知损害的主要决定因素。

本研究的科学价值和应用意义重大。在科学价值层面,它首次在一个包含从正常对照到不同阶段 AD 的大型、特征明确的尸检队列中,系统地对比了 NPs 和 NFTs 随认知状态变化的动态规律,明确了二者在 AD 病程中扮演角色的时间序列差异,深化了对 AD 病理生理演变过程的理解。它挑战了当时过于依赖新皮质 NFTs 进行病理诊断的严格标准,指出其可能降低对早期 AD 诊断的敏感性。研究还提出了海马 NPs 作为区分正常老化和病理性老化(或临床前 AD)的关键病变的可能性。在应用价值层面,这些发现对 AD 的病理诊断标准具有直接的启示意义,提示需要更全面地评估 NPs(尤其是海马区 NPs)的价值,并重新审视诊断标准对早期病例的包容性。此外,研究结论强调了针对疾病不同阶段(如靶向淀粉样蛋白沉积的早期干预和靶向 tau 病理的进展期治疗)采取不同治疗策略的必要性,为药物研发和临床试验设计提供了重要的病理学依据。

本研究的亮点突出。重要发现方面:清晰揭示了 NPs 和 NFTs 在 AD 发生与发展中的阶段性主导作用;明确了新皮质 NFTs 作为 AD 标志物高特异性但低敏感性的特点;提出了海马 NPs 可能是临床转化关键标志的观点。研究方法的特殊性在于:采用了基于前瞻性认知评估(MMSE)的精确临床分期,确保了病理与临床状态关联的可靠性;纳入了具有 AD 病理但认知正常的对照者,为研究临床前阶段提供了宝贵样本;对多个脑区进行了系统的定量病理学分析,提供了区域特异性的信息。研究对象的特殊性体现在其涵盖了从正常老化、临床前 AD 到极重度 AD 的完整疾病谱系,使得纵向演变过程的“横断面”重建成为可能。

其他有价值的发现还包括:研究观察到一旦 AD 确立,年龄对古皮质 NFTs 积累的影响会被疾病本身的影响所掩盖;新皮质 NFTs 的分布存在区域偏好性(上颞叶更重),而 NPs 的分布则相对均匀。这些细节进一步丰富了我们对 AD 病理空间传播模式的认识。这项研究通过精细的病理-临床关联分析,为理解阿尔茨海默病神经病理标志物的时序性和角色提供了关键证据,对后续的基础研究与临床实践产生了深远影响。

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