新型血液线粒体功能指数（MFI）生物标志物在阿尔茨海默病中的诊断价值与应用前景

《Alzheimers & Dementia》：A blood based mitochondrial functional index biomarker for Alzheimer's disease

本刊推荐：研究者开发了一种新型血液线粒体功能指数（MFI）生物标志物，该指标通过整合线粒体膜电位（TMRE）、超氧化物（MitoSox）、质量（MitoTracker）和凋亡（Annexin V）等多维度参数，在阿尔茨海默病（AD）模型及患者中均显示显著降低，且与认知评分（MMSE/CDR）显著相关。MFI在区分轻度认知障碍（MCI）与AD时表现优于传统血浆生物标志物（如pTau181、GFAP等），为AD的代谢靶向治疗提供了潜在动态监测工具。

　　

背景

阿尔茨海默病（AD）的病理过程复杂，涉及线粒体功能障碍。随着靶向线粒体功能的疗法进入临床试验，开发能够量化线粒体功能的生物标志物成为迫切需求。AD的代谢异常在疾病早期即出现，且与脑内淀粉样蛋白（Aβ）和tau蛋白病理相关。全身性线粒体功能障碍在AD中广泛存在，包括外周血单个核细胞（PBMC）、血小板等。本研究旨在开发一种基于血液的线粒体功能指数（MFI），用于评估AD中的线粒体状态。

方法

研究对象

研究纳入20名非痴呆（ND）、20名轻度认知障碍（MCI）和19名AD患者，均来自堪萨斯大学AD研究中心队列。另招募10名健康志愿者（18-35岁）用于方法学验证。所有参与者均签署知情同意，研究符合伦理规范。

线粒体功能指数（MFI）检测

从PBMCs中通过流式细胞术检测四种参数：线粒体膜电位（TMRE）、超氧化物（MitoSox）、线粒体质量（MitoTracker）和细胞凋亡（Annexin V）。MFI算法为：log [（MitoTracker × TMRE）/（MitoSox × Annexin V）]，数值越高表明线粒体功能越佳。血液样本在采集后30小时内处理，以保持指标稳定性。

其他生物标志物分析

通过Simoa平台检测血浆A/T/N生物标志物，包括Aβ₄₂/Aβ₄₀比值、磷酸化tau（pTau181）、神经丝轻链（NfL）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）。同时收集APOE基因型及认知评分（MMSE和CDR）数据。

模型验证

在诱导多能干细胞（iPSC）分化的神经元和星形胶质细胞、5xFAD小鼠模型中验证MFI的病理关联性。iPSC来源的细胞系匹配年龄、性别和诊断状态。

结果

MFI在AD模型中的表现

在iPSC分化的AD神经元和星形胶质细胞中，MFI显著降低。5xFAD小鼠的PBMCs中MFI也明显下降。健康人PBMCs的MFI受抗凝剂类型（ACD/EDTA/肝素）影响小，且与空腹状态、性别无关，但在血液储存48小时后下降8%-18%。

MFI在AD患者中的诊断价值

AD患者MFI显著低于ND组，APOE ε4携带者（无论诊断）MFI也较低。受试者工作特征（ROC）分析显示，MFI区分ND与AD的曲线下面积（AUC）为0.8028，区分MCI与AD的AUC达0.8139，优于单个线粒体参数（AUC 0.5526-0.6222）。与传统血浆生物标志物相比，MFI在区分MCI与AD时表现更优（pTau181 AUC 0.5078，GFAP AUC 0.5965，而MFI为0.8139）。

MFI与临床指标的相关性

MFI与MMSE评分呈正相关（p=0.00015），与CDR评分负相关（p=0.005），且与血浆NfL显著相关，提示其与神经退行进程关联。多奈哌齐等常用AD药物未显著影响MFI值。

讨论

MFI作为一种复合型线粒体功能指标，整合了膜电位、氧化应激、质量与凋亡等多维度信息，在AD模型和患者中均显示一致性降低。其优势在于能够动态反映线粒体状态，且操作基于广泛可及的流式细胞术。尽管当前样本量较小，但MFI在区分MCI与AD方面的性能提示其可作为A/T/N标志物的补充工具。未来研究将聚焦MFI与脑葡萄糖代谢（FDG PET）及新型血浆标志物（如pTau217）的关联，以验证其反映脑内能量代谢的潜力。MFI的标准化和临床验证将推动其在靶向代谢的AD临床试验中的应用。

亮点总结

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  MFI在AD细胞和动物模型中均降低；
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  MFI在AD患者和APOE ε4携带者中显著下降；
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  MFI区分认知正常与AD的性能优于部分血浆生物标志物；
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  MFI与认知评分显著相关，支持其临床相关性。