老年犬脑Alzheimer’s disease (AD)样神经病理学特征及其与血浆生物标志物和认知功能的关系：基于Thal、Braak和CERAD框架的比较性研究

《npj Dementia》：Alzheimer’s disease neuropathological characterization of the dog brain and relationship to biofluid biomarkers and cognitive function

Alzheimer’s disease (AD；阿尔茨海默病) 是一种进行性神经退行性疾病，影响全球超过5500万人，其特征为认知衰退、β-淀粉样蛋白 (Aβ) 斑块和神经原纤维缠结。尽管转基因啮齿动物模型推进了对AD的理解，但其不能完全复制人类疾病的自发性与年龄相关性。伴侣犬自然发生年龄相关认知衰退和AD样神经病理，因而成为有价值的转化模型。本研究采用改编自人类AD框架（Thal、Braak和CERAD）的神经病理学评估方法，表征老年犬脑内Aβ沉积、磷酸化tau¹⁸¹ (pTau¹⁸¹) 病理和神经炎性斑块病理，并检查其与认知状态和血浆生物标志物的关联。研究人员评估了24只客户拥有的老年犬的死后脑组织，并将其与生前犬认知功能障碍评定量表 (CCDR) 评分和血浆生物标志物测量整合。老年犬表现出与早期Thal样区域受累一致的Aβ沉积、可变的区域限制性pTau¹⁸¹病理和神经炎性斑块缺失。定量分析显示，认知受损犬的Aβ负荷更高，而年龄是区域Aβ积累的最强预测因子。血浆胶质纤维酸性蛋白 (GFAP) 浓度与Aβ斑块负荷正相关，而其他生物标志物则无此相关性。这些发现表明，老年犬发生早期AD样病理，并支持其作为自然衰老模型用于研究临床前AD机制和转化生物标志物的效用。

一、研究背景与问题

Alzheimer’s disease (AD；阿尔茨海默病) 是进行性神经退行性疾病，其神经病理改变统称Alzheimer’s disease neuropathologic change (ADNC；AD神经病理改变)，包括amyloid-β (Aβ；β-淀粉样蛋白) 斑块和tau神经原纤维缠结 (NFTs；tau神经原纤维缠结)。抗淀粉样蛋白免疫治疗已获批用于早期AD，但临床使用仍限于部分患者，且不能停止或逆转疾病进展。转基因啮齿动物模型虽提供机制见解，但依赖遗传修饰，不能完全复现人类AD自发、年龄相关和多因素性质。伴侣犬自然发生年龄依赖认知衰退和AD样神经病理，包括年龄相关脑萎缩、Aβ斑块及磷酸化tau沉积，部分重现人类AD早期tau变化。犬与人共享环境、生活方式和日常暴露，寿命约10–12年，较部分人群平均77年加速。犬认知功能障碍 (CCD；犬认知功能障碍) 综合征通常影响8岁以上犬，表现定向障碍、社交互动改变和功能衰退。Dog Aging Project对超过15,000只犬评估显示CCD与年龄和体力活动相关。病理上Aβ随年龄积累，amyloid precursor protein (APP；淀粉样前体蛋白) 加工向淀粉样生成裂解倾斜；tau病理通常有限，AT8标记稀疏，但改进的磷酸化tau特异性试剂显示区域限制性tau病理，尤其边缘系统。关键空白在于：尚无严谨研究直接将犬年龄相关认知衰退与AD样神经病理程度和区域分布联系；缺乏类似人类AD的犬Aβ和tau标准化分期框架；人类AD分期标准应谨慎应用于犬，仅作为比较工具而非直接人类等价分期系统。CADES (Canine Dementia Scale；犬痴呆量表) 和CCDR (Canine Cognitive Dysfunction Rating；犬认知功能障碍评定量表) 可评估老年犬认知缺陷，与人类CDR (Clinical Dementia Rating；临床痴呆评定量表) 相似，但无对应标准化神经病理分期，临床与病理关系不明。因此，研究人员采用改编自NIA-AA (National Institute on Aging–Alzheimer’s Association；美国国家衰老研究所-阿尔茨海默病协会) 指南的比较神经病理评估框架，区域评估Aβ沉积、pTau¹⁸¹病理和神经炎斑块，并整合血浆生物标志物，以比较老年犬AD样改变与人类AD的平行和差异。

二、研究开展、结论与意义

研究人员对24只私家老年犬死后脑组织进行评估，整合生前CCDR评分和血浆生物标志物测量，血浆标志物仅14只可得。采用人类AD框架（Thal、Braak和CERAD）改编方法表征犬脑Aβ、pTau¹⁸¹和神经炎斑块。结果显示老年犬存在早期Thal样区域Aβ沉积、可变的区域限制性pTau¹⁸¹病理，且无神经炎斑块；认知受损犬Aβ负荷更高，年龄是区域Aβ积累最强预测因子；血浆GFAP与Aβ斑块负荷正相关，其他标志物无此关联。研究结论认为老年犬发生早期AD样病理，支持其作为研究临床前AD机制和转化生物标志物的自然衰老模型。

三、关键技术方法

研究通过社交媒体、本地新闻、初级兽医转诊、Colorado State University Veterinary Teaching Hospital神经学临床试验服务及Dog Aging Project Brain Health Study招募私家老年犬；获取24只犬死后脑组织，其中14只有生前血浆。关键方法包括：采用NIA-AA、Thal、Braak和CERAD改编框架进行区域神经病理评估；以6E10免疫组化检测Aβ，以pTau¹⁸¹ (Thr¹⁸¹) 免疫组化检测tau，以Bielschowsky银染评估神经炎斑块；全片扫描后使用HALO和QuPath进行数字图像定量；使用Simoa SR-X平台检测血浆Aβ_1–40、Aβ_1–42、GFAP和神经丝轻链 (NfL；neurofilament light chain)；以CCDR评估认知；采用t检验、Mann-Whitney检验和Spearman相关分析。

四、研究结果

老年犬AD样神经病理改变的总体程度：所有犬新皮质均出现Aβ沉积，海马87.5%、纹状体37.5%、中脑8%出现Aβ，小脑未检出；区域模式与Thal框架早期分层一致。

Tau病理的神经病理学检查：71%动物存在pre-tangle病理，海马尤其CA₁最常受累（62.5%），额叶或初级视觉皮质受累较少（46%）。多数呈海马到新皮质进展，符合Braak分期，但17%呈非典型非层级分布，提示Braak框架不能完全捕获犬tau病理。

神经炎性斑块密度（CERAD标准）：尽管免疫组化显示广泛Aβ沉积，Bielschowsky银染未发现符合神经炎斑块形态的斑块，所有动物CERAD评分为absent。

AD样神经病理改变总体分类：多数犬（80%）为LOW AD-like NC，16%为INTERMEDIATE，无犬达到HIGH；因所有犬CERAD为C0，最高只能为INTERMEDIATE。一例因非层级tau分布被排除分类。

脑淀粉样血管病：9只犬存在脑淀粉样血管病 (CAA；cerebral amyloid angiopathy)，血管相关Aβ沉积以后部尤其枕叶/视觉皮质最突出，部分累及视觉和额叶皮质；仅描述性评估。

淀粉样负荷的区域差异：半定量显示前额皮质斑块负荷最高，其次海马和视觉皮质，纹状体和中脑最少；个体间变异明显。tau病理较Aβ分布更局限且变异更大。

认知障碍犬的区域特异性Aβ和pTau¹⁸¹增加：CCD+犬前额皮质Aβ斑块负荷显著高于CCD?犬，视觉皮质无显著差异；CCD+犬视觉皮质pTau¹⁸¹阳性细胞显著高于CCD?犬，前额皮质无显著差异。

相关性分析：年龄与视觉皮质Aβ负荷中度相关，前额皮质无显著相关；CCDR评分与两区域Aβ负荷无显著相关；tau负荷与年龄或CCDR评分在各区域均无显著相关。

血浆生物标志物与神经病理改变：CCD+与CCD?犬之间NfL、GFAP、Aβ_1–40、Aβ_1–42及Aβ_1–42/Aβ_1–40比值均无显著差异；但血浆GFAP与前额皮质和视觉皮质Aβ斑块负荷正相关，NfL和Aβ比值与Aβ负荷相关性弱，血浆标志物与tau负荷关联弱。

五、讨论总结与结论翻译

讨论指出，老年犬年龄依赖Aβ斑块，部分平行人类早期淀粉样病理。新皮质是最早斑块沉积部位，随后海马、新纹状体，罕见中脑，多数犬局限于早期Thal样区域。所有犬无神经炎斑块，提示犬Aβ病理在斑块成熟和神经炎变性方面不同于人类AD。Pre-tangle出现在边缘系统和较少新皮质，但tau病理不如Aβ普遍和广泛，未完全重现人类AD分布；Aβ多为弥漫性，compact或cored斑块罕见。Aβ与tau区域分离，原文提出可能存在物种特异性对tau传播或成熟的抵抗。所有有pTau¹⁸¹病理犬均有Aβ沉积，反之则不然；前额皮质Aβ较重者常伴海马pTau¹⁸¹较高，pTau¹⁸¹从海马扩展到新皮质者Aβ区域受累更广，支持Aβ促进但不充分导致tau病理发展和扩散。CCD+犬前额皮质Aβ负荷高、视觉皮质pTau¹⁸¹阳性细胞多；部分CCD?犬仍有新皮质和海马Aβ及中重度斑块负荷，提示CCDR可能未完全捕获早期或临床前认知变化，或存在对病理的韧性。年龄与视觉皮质Aβ相关，CCDR与Aβ无显著相关，GFAP与Aβ正相关；tau与年龄、CCDR或血浆标志物无显著关联。研究优势为系统应用人类AD比较神经病理框架、与人类神经病理学家合作、使用私家犬并整合认知和血浆标志物；局限包括横断面设计、样本量小、CCDR阈值>40而非原验证≥50、仅用pTau¹⁸¹且未并行AT8、未评估共病、图像分析未与人工计数验证、人类Simoa试剂盒未充分验证犬血浆、未评估神经炎症等。

结论翻译：总之，这些发现支持伴侣犬作为AD样病理自然发生模型的有效性，尤其用于研究疾病最早期阶段。通过将标准化人类神经病理框架与行为评估和血浆生物标志物整合，本研究弥合了犬与人类衰老研究之间的关键差距。未来研究应扩展犬混合神经病理标志物的表征，并使用纵向和死后方法进一步评估生物标志物-病理关系。此类研究将为CCD潜在机制提供新见解，并可能为兽医和人类神经退行性疾病相关转化策略提供信息。