基于Aβ、Tau与αSyn生物标志物的皮质基底节综合征分子分型及其临床意义研究

本刊推荐：本研究前瞻性采用脑脊液（CSF）Aβ42/40、[18F]flutemetamol Aβ-PET、[18F]PI-2620 tau-PET及αSyn种子扩增 assay（SAA）对50例皮质基底节综合征（CBS）患者进行生物标志物分层，首次在活体实现基于Aβ、Tau与αSyn的分子分型。研究发现CBS具有高度异质性，其中Tau阳性率达90%，Aβ阳性28%、αSyn阳性24%。Aβ阳性与认知损害显著相关，αSyn阳性则提示运动症状较轻、进展较慢且神经丝轻链（NfL）水平较低。该分类体系为精准诊断及个体化治疗提供了关键依据。

　　

背景

皮质基底节综合征（CBS）是一种临床定义的综合征，表现为进行性运动和皮质功能障碍，由多种潜在病理引起。最常见的是Tau蛋白主导的病理，如进行性核上性麻痹（PSP）和皮质基底节变性（CBD），或阿尔茨海默病（AD）。路易体型α-突触核蛋白病（LTS）、TDP-43蛋白病和混合病理也可能导致CBS。这些病理的临床影响仍不清楚。

目的

使用β淀粉样蛋白（Aβ）、Tau和α-突触核蛋白（αSyn）的生物标志物对CBS患者进行活体亚分类，并评估这种分层的临床相关性。

方法

在慕尼黑路德维希-马克西米利安大学医院对50名CBS患者进行了一项前瞻性队列研究。生物标志物分析包括脑脊液（CSF）Aβ₄₂和Aβ_42/40、[¹⁸F]flutemetamol Aβ-PET、[¹⁸F]PI-2620 tau-PET以及CSF中的αSyn种子扩增 assay（SAA）。CSF神经丝轻链（NfL）作为神经变性的标志物。根据生物标志物阳性将患者分为六组。

结果

90%的CBS病例发现Tau阳性，28%为Aβ阳性，24%为αSyn阳性。分层确定：52%与Tau主导病理一致，18%为AD，10%为AD+LTS，10%为Tau主导+LTS，4%为孤立性LTS，6%未分类。αSyn阳性在AD-CBS中（36%）比在Tau主导-CBS中（16%）更常见。Aβ阳性病例表现出更严重的认知障碍；Tau阳性与更严重的运动症状相关；αSyn阳性患者运动症状较轻，进展较慢，NfL水平较低。

结论

CBS在分子上是异质的。基于生物标志物的分类可以提高诊断精度，支持个性化治疗策略。

研究队列

58名CBS患者符合纳入标准并提供了书面知情同意。两名患者检测出LRRK2和GBA1基因的罕见致病性变异，被排除分析。另外六名患者由于未完成所有三个生物标志物类别（Aβ、Tau和αSyn）的评估而被排除分析。总共50名具有完整生物标志物状态的CBS患者被纳入分析。

CBS中Aβ、Tau和αSyn生物标志物的频率

在50名CBS患者中，14名（28%）为Aβ⁺，45名（90%）为Tau⁺，12名（24%）为αSyn⁺。值得注意的是，许多患者不止一种生物标志物阳性（例如，所有Aβ⁺的CBS患者也是Tau⁺）。为了研究每种个体生物标志物状态对CBS表现的影响，我们首先根据单一生物标志物的阳性或阴性将队列二分，不考虑其他生物标志物。

Aβ⁺和Aβ^?的CBS患者在性别分布或疾病持续时间上没有显著差异，但Aβ⁺的CBS患者在检查时明显比Aβ^?患者年长（74.0±5.7岁 vs. 70.0±5.9岁；P < 0.05）。

Tau⁺和Tau^?的CBS患者在性别分布、疾病持续时间和检查年龄方面没有显著差异，尽管这些分析受到Tau^?患者数量少（N=5）的限制。

αSyn⁺和αSyn^?的CBS患者在疾病持续时间或性别分布方面没有显著差异，但αSyn⁺患者在检查时明显比αSyn^?患者年长（75.0±6.5岁 vs. 69.9±5.4岁；P < 0.05）。

CBS中生物标志物定义的疾病状态的频率

接下来，我们根据患者假定的潜在神经生物学定义的疾病实体，将他们分为六组生物标志物定义的疾病状态（图1）。分类的顺序（即从Aβ、Tau或αSyn开始）自然不影响个体患者最终分配到其疾病状态组（图S1）。

虽然只有3名（6%）仍未分类（Aβ^?, Tau^?, αSyn^?），但9名（18%）被分类为患有AD（Aβ⁺, Tau⁺, 和 αSyn^?），26名（52%）为Tau主导（Aβ^?, Tau⁺, αSyn^?），2名（4%）为LTS（Aβ^?, Tau^?, αSyn⁺），5名（10%）为AD+LTS（Aβ⁺, Tau⁺, αSyn⁺），以及5名（10%）为Tau主导+LTS（Aβ^?, Tau⁺, αSyn⁺）（表1，图1）。详细的 demographic 和临床数据在这些亚组之间没有差异（表1）。tau-PET视觉读取显示，在Aβ⁺/Tau⁺患者中，与典型的3R/4R tauopathy结合模式有100%的一致性，而Aβ^?/Tau⁺个体始终缺乏这种模式（图S2）。

Aβ、Tau和αSyn生物标志物状态对NfL和Aβ水平的影响

我们随后研究了Aβ、Tau和αSyn生物标志物状态与CSF生物标志物NfL和Aβ_42/40的关联。图2显示了按Aβ、Tau和αSyn状态分层的亚组中NfL水平（A）和Aβ_42/40比率（B）的箱线图。我们首先进行了单变量分析（Student's t检验）以探索生物标志物状态与NfL水平和Aβ_42/40比率之间未经调整的关系。接下来，我们应用逻辑回归模型来解释潜在的混杂因素，包括年龄、疾病持续时间和性别（表S1）。

NfL水平（图2A）在Aβ⁺组与Aβ^?组之间通过单变量分析较低（P < 0.05），但在通过逻辑回归调整混杂因素后差异不再显著。在Tau⁺组与Tau^?组之间，NfL浓度没有显著差异。αSyn⁺患者的NfL水平低于αSyn^?患者（单变量和回归得出的P均 < 0.05）。αSyn⁺ CBS患者明显年龄较大，强调了这一发现的重要性，因为NfL水平通常随年龄增长而增加。

Aβ_42/40比率（图2B）如预期那样完美地区分了Aβ⁺和Aβ^?患者。在Tau⁺与Tau^?或αSyn⁺与αSyn^?组之间，Aβ_42/40比率没有发现显著差异。

生物标志物定义的疾病状态对NfL和Aβ水平的影响

我们随后研究了生物标志物定义的疾病状态与CSF生物标志物NfL和Aβ_42/40的关联。图S3显示了按疾病状态分层的亚组中NfL水平（A）和Aβ_42/40比率（B）的箱线图。NfL水平（图S3A）在未分类组和Tau主导组中最高，但在ANCOVA模型中没有显著差异。Aβ_42/40比率（图S3B）如预期那样，在AD组中显著低于Tau主导组（P < 0.05，ANCOVA与Tukey事后检验）。

Aβ、Tau和αSyn生物标志物状态对临床特征的影响

我们研究了Aβ、Tau和αSyn生物标志物状态与疾病严重程度临床指标的关联。图3显示了按Aβ、Tau和αSyn状态分层的亚组中PSPRS（A）、MoCA（B）和DATE（C）得分的箱线图。我们首先进行了单变量分析以探索未经调整的关系，随后应用逻辑回归模型来解释潜在的混杂因素（年龄、疾病持续时间和性别）。

PSPRS得分（图3A）在Aβ⁺和Aβ^?组之间没有显著差异。

Aβ⁺ CBS患者表现出显著较低的MoCA得分（图3B；表S1；单变量得出：P < 0.05，回归得出：P < 0.01）和DATE得分（图3C；表S1；单变量和回归得出均P < 0.05），与Aβ^?患者相比。这些发现表明Aβ⁺病例的认知障碍更严重。

Tau状态与PSPRS、MoCA或DATE得分没有显著关联（图3A-C，表S1），尽管PSPRS得分在Tau⁺患者中有更高的趋势（单变量得出：P < 0.01，回归得出：P = 0.061），表明对运动严重程度的潜在影响值得进一步研究。

有趣的是，αSyn⁺状态与较低的PSPRS得分相关（图3A，表S1；单变量和回归得出均P < 0.05）。这些观察结果表明αSyn阳性与相对较轻的运动症状相关。MoCA和DATE得分（图3B,C）在αSyn⁺和αSyn^?组之间没有显著差异。图S4提供了个体PSPRS子得分的描述性箱线图。

生物标志物定义的疾病状态对临床特征的影响

我们研究了生物标志物定义的疾病状态与这些疾病严重程度临床指标的关联（图S5）。ANCOVA模型显示，与Tau主导组相比，AD组的MoCA得分显著较低（即更差）（P < 0.05；图S5B），以及以下不显著的 trends：

平均PSPRS得分（图S5A）在Tau主导组中最高（即最差），在LTS组中最低（即最好）。平均MoCA得分（图S5B）在AD和AD+LTS组中最低（即最差），在LTS组中最高（即最好）。DATE得分（图S3C）在AD组中最低（即最差），在LTS组中最高（即最好）。由于相对较小的组规模，校正年龄、性别和疾病持续时间的ANCOVA模型对所有其他生物标志物定义的疾病组比较产生了不显著的P值。

我们接下来分析了与LTS相关的典型症状的存在情况，如在帕金森病或路易体痴呆中观察到的，包括静止性震颤、不宁腿综合征（RLS）、姿势性震颤、直立性症状、视觉幻觉和嗅觉减退（图S6）。LTS典型的临床特征在αSyn⁺患者中比在αSyn^?患者中更普遍；然而，在Fisher精确检验中，不同生物标志物和疾病状态之间没有观察到显著差异。

生物标志物和疾病状态对PSPRS和NfL纵向变化的影响

50名CBS患者中有24名可获得纵向数据，其中一些先前已被报道。他们的生物标志物状态报告在表1中。中位临床随访期为1.9年，范围从0.8到4.1年。在随访访视中未观察到CBS临床诊断的变化。我们观察到，与有随访的患者相比，没有随访的患者有更差的运动状态趋势（t检验：PSPRS = 31.7 ± 13.6 vs. PSPRS = 23.9 ± 13.1；P = 0.06），以及更差的认知状态（MoCA = 19.5 ± 5.8 vs. MoCA = 22.9 ± 5.7；P = 0.05）。这表明临床状态更严重的患者参加随访访视的可能性较小。尽管存在这种潜在的选择偏倚，但随访时间对PSPRS得分有显著影响，在线性混合效应模型中，年化增加7.0 ± 0.9分（P < 0.001），证实了纵向CBS队列中的进行性临床恶化。0.41的随机斜率截距相关性表明中度关联，表明基线PSPRS得分较高的患者往往经历更快的衰退速度。

对于15名CBS患者，可获得至少两次CSF中的NfL测量。随访时间对NfL水平有显著影响，在调整模型中，年化恶化665.5 ± 245.4（P < 0.05）。再次，0.47的随机斜率截距相关性表明，基线NfL水平较高的患者往往随时间显示NfL水平更快速的增加。

我们随后检查了生物标志物状态是否会预测疾病进展速率，通过临床PSPRS量表或NfL水平测量，使用线性混合效应模型调整年龄、性别、疾病持续时间、每位患者的随访访视次数以及随机斜率和截距（图4）。Aβ状态与时间对PSPRS（图4A）或NfL水平（图4B）没有显著的交互作用。Tau状态对PSPRS进展没有显著影响（图4C），并且由于Tau^? CBS患者纵向数据有限，无法分析NfL（图4D）。αSyn状态显示与时间对结果变量PSPRS有显著的交互作用（P < 0.05；图4E），表明在我们队列中，αSyn^? CBS患者比αSyn⁺患者进展更快。αSyn^? CBS受试者的估计年化PSPRS增加为8.5 ± 1.8，而αSyn⁺ CBS受试者为3.6 ± 5.1。然而，对NfL没有发现显著影响（图4F）。

在我们队列中，假定为Tau主导病理的CBS患者经历PSPRS得分更快的增加（即恶化），与伴有LTS共病理的Tau主导相比（P < 0.05；图S7A,B），但随时间NfL水平没有（图S7C）；然而，在解释这些结果时应考虑Tau主导+LTS的小样本量（n=4）。

讨论

这项研究代表了首次在前瞻性研究队列中基于生物标志物谱对CBS患者进行分类的尝试。我们的研究首先基于单一蛋白质生物标志物（Aβ、Tau和αSyn）对CBS患者进行分类，其次基于生物标志物定义的疾病状态（AD、Tau主导、LTS、混合病理和未分类患者）对CBS的横截面和纵向临床表现进行分类。我们队列中假定病理的分布与尸检确认的CBS病例的组织病理学分布相似。单一蛋白质生物标志物Aβ、Tau和αSyn在94%（47/50）的CBS患者中识别出假定的潜在病理。约6%的CBS病例（3/50）仍然“未分类”，Aβ、Tau和αSyn状态阴性，可能是由于其他神经病理学（例如TDP-43蛋白病）。单独αSyn阳性分类为LTS（Aβ^?, Tau^?, αSyn⁺）相当罕见（n=2/50, 4%），但更常见于与其他病理结合，特别是在假定为AD的CBS病例中（AD+LTS；n=5/14, 36%），与Tau主导病理相比（Tau主导+LTS；n=5/31, 16%）。

虽然FDG-PET是评估神经元功能障碍的有价值成像生物标志物，并已证明在区分由AD引起的CBS与无AD的CBS方面具有效用，我们的研究遵循了一个概念上不同的方法，基于更直接反映假定组织病理学的生物标志物对CBS患者进行分类。关于使用[¹⁸F]PI-2620 tau-PET作为体内tau聚集的成像生物标志物对Tau⁺和Tau^?进行分层，来自独立临床前和临床研究的多个证据支持使用[¹⁸F]PI-2620 tau-PET检测4R tau病理。这包括体外与4R tau聚集的一致结合，与动物模型和人体组织中体内PET信号的转化相关性，以及在临床成像研究中验证了从AD和健康对照中区分4R tauopathy。在当前研究中，tau-PET视觉读取显示，在Aβ⁺/Tau⁺患者中，与典型的3R/4R tauopathy结合模式有100%的一致性，而Aβ^?/Tau⁺个体始终缺乏这种模式。这种3R/4R结合模式的缺失，结合基底节中的主导信号，进一步支持了他们分类为Tau主导CBS。然而，由于[¹⁸F]PI-2620不能明确区分4R tau和混合3R/4R tau病理，我们保守地使用术语“Tau主导”而不是“4R tauopathy”。

Aβ⁺患者表现出显著更严重的认知障碍，MoCA得分和DATE得分较低，与Aβ^?患者相比，突出了Aβ⁺病例中更明显的皮质受累。虽然Tau⁺ CBS病例显示PSPRS得分更高的趋势，但与Tau^?患者相比，没有观察到疾病进展速率的显著差异，可能是由于样本量小。αSyn⁺患者表现出显著较低的PSPRS得分和随时间的较慢临床进展。NfL水平在αSyn⁺中显著低于αSyn^?患者，通过逻辑回归和混合效应模型确认，并在Tau主导+LTS和AD+LTS亚组中一致观察到。这表明αSyn阳性可能作为CBS中的调节因素，与较轻的疾病过程和 distinct 症状谱相关。然而，重要的是要注意，我们的纵向分析可能低估了更严重受影响患者的疾病进展，因为这些个体参加随访访视的可能性较小。

我们队列中假定病理的分布与尸检确认的CBS病例中观察到的组织病理学分布密切一致。在4R tauopathy中，关于混合病理的临床影响的证据有限。在组织病理学确认的PSP中，混合病理在超过80%的病例中经常观察到，局灶性AD相关病理是最常见的共病理。共病理的存在没有显著影响该研究中的临床里程碑如疾病持续时间，但argyrophilic grains患者的发病年龄较小。在8%到31.5%的PSP病例中表现出PSP和LTS。在病理确认的CBD病例中，LTS已发现于约10%到14.3%的病例中。在这些CBD队列中，还观察到共病理如Aβ沉积、脑淀粉样血管病和边缘系统主导或年龄相关的TDP-43脑病，特别是在老年患者中。然而，特定于CBD与这些共病理的临床相关性仍未报道。Yamashita等人报道的一个病例描述了一名患者疾病持续时间18年直至死亡，表现出TDP-43、αSyn和CBD的共病理，表明CBS中的某些混合病理可能与延长生存期相关。最近一篇文章根据AD神经病理变化标准调查了35例临床诊断的CBS中的AD病理。尸检AD病理在40%的CBS病例中被识别，其中23%被分类为主要病理——定义为与临床综合征最密切相关的病理。其余病例表现出AD作为4RT或罕见TDP-43病理的共病理。LTS病理在他们的CBS队列中缺失。

Aβ和αSyn共病理的存在提出了关于疾病机制、进展和病理事件时间顺序的关键问题。神经病理学研究提供终末期疾病的见解，但缺乏阐明混合病理顺序发展的能力。仍然不清楚哪种病理启动疾病进展或一种病理的存在如何影响另一种病理的表现和进展：未知是否存在层次关系，例如具有继发性αSyn共病理的AD，或者相反，具有继发性AD特征的LTS。

在AD人群的首次体内研究中，αSyn阳性与加速认知衰退相关，尽管其在AD背景下对运动症状的潜在影响仍未探索。这提出了αSyn病理共存是否通过协同效应加剧神经变性过程的问题，特别是在认知衰退中。理解AD和αSyn病理之间的时间顺序和可能的层次相互作用对于描绘 distinct 临床实体至关重要。我们的数据表明，识别CBS中的这些混合病理可能对预后和疾病管理具有 significant 意义，强调了需要针对所涉及特定病理的靶向治疗策略。

三项研究评估了CBS中的αSyn SAA，产生了不同的患病率估计。Anastassiadis等人使用不同的 assay 发现Aβ^? CBS病例中αSyn阳性率较高（35.9%的Aβ^? CBS患者和28.6%的PSP患者）。αSyn⁺亚组中的NfL水平增加，与我们的发现相反。其次，在英国PSP和CBS病例的回顾性队列中使用Amprion αSyn SAA，46%（6/13）的AD-CBS病例和19%（3/16）由非AD-CBS和AD状态未知的CBS组成的队列为αSyn阳性，再次产生比我们队列更高的混合病理患病率。在CBS中，αSyn阳性和αSyn阴性CBS之间没有临床差异。在PSP中，探索性分析显示αSyn⁺ PSP参与者年龄较大、运动、认知和功能量表更受损的趋势。Baiardi等人分析了29例CBS病例的队列，其中48%在CSF中具有阳性Aβ状态，并且仅报告一例αSyn阳性病例（3.4%），这比组织病理学研究预期的要少。这些研究中没有评估Tau生物标志物状态。我们研究的优势在于可获得纵向数据和所有三种Aβ、Tau和αSyn生物标志物的全面评估，允许更细致地探索生物标志物阳性与CBS临床结果之间的关系。

我们的研究有几个局限性。首先，我们的队列主要反映高加索人群，这可能限制我们发现的普适性。其次，尽管生物标志物提供有价值的体内信息，神经病理学确认仍然是诊断的金标准。持续的临床随访，在可能的情况下进行尸检分析，对于验证CBS中Aβ、αSyn和Tau生物标志物的敏感性和特异性至关重要。此外，由于样本量有限，我们的研究没有采用多重检验校正。涉及小Tau^?（n=5）和αSyn⁺（n=12）组的子分析 power 不足；它们的名义P值在没有多重性校正的情况下呈现，应在独立队列中确认之前视为探索性。尽管我们的队列太小，无法进行正式的Tau × αSyn交互检验，最近来自AD的体内证据显示，α-突触核蛋白共病理加速淀粉样蛋白驱动的tau积累，强调了在CBS中解决此类交互的重要性，一旦更大、定量成像的样本可用。最后，αSyn SAA对早期杏仁核或嗅球主导的LTS的敏感性也可能有限，突出了未来需要αSyn PET成像，这也可能允许评估αSyn的空间分布。未来的研究应旨在纳入有希望的TDP-43病理生物标志物，以进一步分类未分类的CBS病例并评估其他相关蛋白病。

我们的研究支持CBS是一种多病因条件，需要分子水平亚分类以促进靶向治疗的发展。以前，这种亚分类只能在死后实现，但随着最近的生物标志物进步，现在在体内是可行的。基于生物标志物的分析显示，Aβ⁺ CBS患者表现出更多认知症状，而αSyn⁺ CBS病例，特别是那些具有Aβ^?状态的病例，遵循较轻的临床轨迹。这种分子分层可以为CBS中的个性化治疗策略和临床试验规划提供信息。