APOE4 与血液神经退行性生物标志物：社区老年人群认知衰退的关键线索

这篇研究聚焦社区非痴呆老年人群，探究 APOE4 携带者认知衰退与血液神经退行性生物标志物的关联。发现 APOE4 携带者中，总 tau（t - tau）、神经丝轻链（NfL）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）水平升高，会加速认知衰退，对理解疾病进程意义重大。

　　

研究背景

阿尔茨海默病和相关痴呆（ADRDs）是复杂的多因素神经退行性疾病，由 ATN - I 框架定义，特征包括 β - 淀粉样斑块（A）、tau 缠结（T）、神经退行性变（N）和神经炎症（I）的积累。APOE4 等位基因是晚发性 AD 最主要的遗传风险因素，它通过多种潜在机制增加 AD 风险，如导致高淀粉样蛋白负荷、tau 缠结积累和小胶质细胞功能障碍。在中枢神经系统中，载脂蛋白 E 蛋白主要由神经胶质细胞（尤其是星形胶质细胞）表达。

除了 β - 淀粉样斑块和 tau 缠结这两种 AD 生物标志物外，血液中的神经退行性生物标志物也备受关注。总 tau（t - tau）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）分别指示中枢神经系统中的神经退行性变和神经炎症，神经丝轻链（NfL）则反映非 AD 特异性的皮质下大口径轴突变性。这些血液生物标志物能在认知衰退出现前数年预测其发生。然而，目前关于 APOE4 是否会改变血液神经退行性生物标志物与认知衰退之间的关联，基于人群的数据较少，尤其在不同种族的社区老年非痴呆人群中研究匮乏。而且现有研究多集中于白人人群，缺乏种族多样性，且部分研究样本来自临床环境，与社区老年人群差异较大。本研究旨在填补这些空白，假设 APOE4 携带者中，血液神经退行性标志物水平升高会导致更高的神经退行性负担和神经元损伤，进而加速认知衰退。

研究方法

1. 研究对象：本研究基于芝加哥健康与衰老项目（CHAP），该项目通过上门普查在芝加哥 4 个社区招募参与者，要求参与者居住在特定地理区域且年龄大于 65 岁。数据收集以 3 年为一个周期，从 1993 年开始。本研究进一步限制了参与者标准：研究基线时无痴呆（通过临床诊断或简易精神状态检查表 MMSE 评分判断）、提供过一次血液样本且有至少一次综合全球认知评分。最终 1038 名无痴呆的参与者纳入研究。该研究遵循流行病学观察性研究报告强化指南（STROBE），且获得了拉什大学医学中心机构审查委员会的批准，参与者均提供了书面知情同意书。
2. 生物标志物血清水平测定：2019 年中期，将之前未解冻的血液样本分装运至 Quanterix 公司。研究聚焦 t - tau、NfL 和 GFAP 这 3 种神经退行性生物标志物，采用单分子超灵敏免疫分析法，在 Quanterix 基于珠子的 HD 平台和 Neurology 4 - Plex 试剂盒中进行双份检测，并设置多个对照检测。最终取双份测量的平均值用于分析。
3. APOE 基因型确定：通过检测 2 个单核苷酸变异（SNVs）：rs7412 和 rs429358 来确定 APOE 基因型。在 Broad Institute Center for Genotyping 使用同质质量延伸 Sequenom MassArray 平台进行基因分型。根据这 2 个 SNVs，将参与者分为 APOE4 携带者（ε2/ε4、ε3/ε4 和 ε4/ε4 基因型）和非 APOE4 携带者（ε2/ε2、ε2/ε3 和 ε3/ε3 基因型）。
4. 认知功能测试：每 3 年对参与者进行 4 项简短的认知功能测试，包括即时和延迟回忆测试、符号数字模式测试以及 MMSE。即时和延迟回忆测试用于测量情景记忆；符号数字模式测试评估感知速度，是执行功能的一部分；MMSE 用于测量整体认知。通过将 4 项测试的原始分数转换为 z 分数，并计算其平均值，形成综合全球认知评分，作为主要研究结果。同时，在敏感性分析中也对单个认知测试进行评估。
5. 统计分析：计算基线时的人口统计学和认知特征的描述性统计数据，并根据 APOE4 等位基因进行分层。由于血液生物标志物水平呈正偏态分布且大于零，对其进行 log₁₀转换。使用线性混合效应回归模型，检验基线血液生物标志物水平与认知功能基线水平及认知衰退年率纵向变化的关联，模型调整了年龄、教育程度、性别、种族、体重指数（BMI）和常见慢性疾病等因素。分别采用连续生物标志物水平的对数转换值和血清生物标志物水平的三分位数进行分析，并进行 3 种敏感性分析：排除基线时有轻度认知障碍的个体；评估单个认知领域或测试而非综合认知测量；评估单个与组合神经退行性标志物与认知衰退的差异关联。所有统计分析使用 R 统计软件版本 4.2，P 值小于 0.05 被认为具有统计学意义，且为双侧检验。

研究结果

1. 样本特征：1038 名参与者的平均年龄为 77.1（5.9）岁，其中黑人占 59.2%（615 人），白人占 40.8%（423 人），女性占 62.7%（651 人），平均受教育年限为 12.8（3.4）年，APOE4 携带者占 33.0%（343 人）。APOE4 携带者与非携带者相比，年龄略小，黑人比例更高，基线时 t - tau 和 GFAP 水平更高，但 NfL 水平无显著差异。平均随访时间为 6.5（3.9）年。
2. APOE4 携带者状态与生物标志物和认知衰退关联的交互作用
   • 线性关联：t - tau 和 GFAP 模型存在显著的三向交互作用（APOE4× 时间 ×t - tau，估计值（SD）为 - 0.03（0.02），P = 0.046；APOE4× 时间 ×GFAP，估计值（SD）为 - 0.07（0.03），P = 0.02），而 NfL 模型无显著三向交互作用。
   • 生物标志物三分位数关联：当将生物标志物按三分位数分类时，t - tau 和 GFAP 的三分位数仍存在显著三向交互作用。NfL 模型中，中间三分位数的三向交互作用显著（APOE4× 时间 × 中间三分位数 NfL，估计值（SD）为 - 0.04（0.02），P = 0.006），但上三分位数不显著（估计值（SD）为 - 0.03（0.02），P = 0.07）。
   
   
3. 按 APOE4 携带者状态划分的生物标志物水平与认知衰退的关联
   • 线性关联：在非 APOE4 携带者中，t - tau、NfL 和 GFAP 水平增加未加速认知衰退；而在 APOE4 携带者中，t - tau、NfL 和 GFAP 每增加一个单位，认知衰退速度加快（t - tau：估计值（SD）为 - 0.04（0.02）/ 年，P = 0.02；NfL：估计值（SD）为 - 0.06（0.03）/ 年，P = 0.02；GFAP：估计值（SD）为 - 0.12（0.03）/ 年，P < 0.001）。
   • 生物标志物三分位数关联：非 APOE4 携带者或 APOE4 携带者中 t - tau 水平增加未加速认知衰退。但 APOE4 携带者中，NfL 处于中间和上三分位数时，认知衰退加速（中间三分位数：估计值（SD）为 - 0.05（0.02），P = 0.003；上三分位数：估计值（SD）为 - 0.06（0.02），P = 0.004）；GFAP 处于上三分位数时，APOE4 携带者认知衰退加速。
   
   
4. 敏感性分析：排除轻度认知障碍个体后，结果和结论不变。单独评估认知领域或测试时，发现关联主要由记忆领域驱动，与执行功能无关。同时，APOE4 携带者中，多种生物标志物处于较高三分位数时，认知衰退速度更快，且组合生物标志物处于上三分位数的 APOE4 携带者认知衰退最快。

研究讨论

1. 研究发现的意义：本研究表明，在无痴呆的社区老年人群中，与非 APOE4 携带者相比，APOE4 携带者中 t - tau、NfL 和 GFAP 等神经退行性血清生物标志物与较低的基线认知功能水平和更快的认知衰退速度相关。这意味着基于血液神经退行性生物标志物单独进行风险预测可能不足，在未来科学研究和临床试验中，需要同时考虑 APOE4 携带者状态，以更准确地监测认知衰退风险和 ADRD 风险。
2. APOE4 影响认知衰退的机制
   • t - tau 与神经退行性变：血液 t - tau 水平是神经退行性变的标志物，APOE4 携带者中高 t - tau 水平与更快的认知衰退相关，表明 APOE4 可能放大了 tau 与认知衰退的病理关联，且在神经退行性变风险较高的个体中作用更明显。
   • NfL 与脑血管途径：NfL 与痴呆的血管方面相关，指示轴突损伤的神经退行性过程。APOE4 携带者中较高的 NfL 水平与更快的认知衰退相关，提示 APOE4 可能通过脑血管途径影响疾病进程，且 AD 相关病理（由 APOE4 介导）可能与非 AD 特异性病理（由 NfL 介导）相互作用，共同导致认知衰退加速。
   • GFAP 与神经炎症：APOE4 主要在星形胶质细胞中表达，且在疾病状态下被反应性小胶质细胞上调。本研究首次在大型多样化的社区人群中发现，APOE4 等位基因对由星形胶质细胞和小胶质细胞功能障碍介导的神经炎症有影响，进而影响认知衰退。
   
   
3. 敏感性分析的意义：敏感性分析进一步揭示了认知领域驱动的关联差异以及多种神经退行性负担组合的影响。未来研究应涵盖更多认知领域，以深入探究这些关联的变化。同时，多种神经退行性途径可能具有累加效应，比单一途径更能增加认知衰退风险。
4. 研究的优势与局限性
   • 优势：研究对象为社区非痴呆老年人群，更具代表性，结果可推广到认知健康和有风险的社区老年人群；样本具有双种族组成，黑人老年人比例较高，增强了研究结果的普遍性；平均随访 6.5 年且随访频繁，有利于长期跟踪认知衰退；首次在人群前瞻性研究中考察 APOE4 携带者状态、血液神经退行性生物标志物和认知衰退测量之间的相互作用和关联，并进行了敏感性分析，减少混杂因素影响。
   • 局限性：APOE4 纯合子数量较少，限制了分析；受样本可用性限制，仅分析血清样本，未涉及血浆或脑脊液样本，且未纳入其他少数族裔人群；检测血清生物标志物时，部分先进的磷酸化 tau 检测方法尚未出现，未来研究可采用更特异性的血浆生物标志物进行验证。
   
   

研究结论

本研究发现，在社区居住的非痴呆双种族老年人群中，APOE4 携带者比非携带者，血液中更高水平的神经退行性生物标志物与更快的认知衰退速度相关。这一发现具有潜在的公共卫生和临床意义。鉴于黑人老年人中 APOE4 等位基因频率较高，本研究样本组成使结果更具推广性。神经退行性和神经炎症生物标志物在疾病分期、预后和治疗效果评估中有广泛应用，本研究为理解美国两个主要种族的老年非认知障碍人群的神经退行性疾病机制提供了补充信息。随着 ADRD 治疗的发展，在使用血液生物标志物进行风险分层的临床研究和试验中，应同时进行 APOE4 基因分型，以更准确评估风险。