《Brain Communications》：The role of neurofilament light chain and other fluid biomarkers in cerebellar ataxias
编辑推荐：
遗传性共济失调的遗传和表型异质性使临床试验设计复杂化，因为每种共济失调的进展速率不同。因此，迫切需要稳健的生物标志物来监测潜在治疗干预的疗效和安全性。神经丝轻链（neurofilament light chain, NfL）已成为领先候选，作为神经退行性疾病中
遗传性共济失调的遗传和表型异质性使临床试验设计复杂化，因为每种共济失调的进展速率不同。因此，迫切需要稳健的生物标志物来监测潜在治疗干预的疗效和安全性。神经丝轻链（neurofilament light chain, NfL）已成为领先候选，作为神经退行性疾病中神经元损伤和治疗反应的敏感药效学生物标志物。本综述探讨NfL在多种共济失调中的应用，包括多聚谷氨酰胺脊髓小脑共济失调（polyglutamine spinocerebellar ataxias, polyQ SCAs）、Friedreich共济失调（Friedreich’s ataxia）、多系统萎缩（multiple system atrophy, MSA）及其他遗传性共济失调，如与RCF1和SPG7基因相关的共济失调。研究人员综合了近期使用超敏检测的研究证据。这些研究一致显示，脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）和血液中NfL水平升高，并与疾病严重程度、进展和神经影像学发现相关。值得注意的是，NfL水平在脊髓小脑共济失调（spinocerebellar ataxias, SCAs）的症状前阶段即升高，突出其用于试验入组个体分层和追踪治疗效应的潜力。治疗诱导的NfL降低可作为靶点结合（target engagement）的替代终点（surrogate endpoint），类似于其在肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）中已验证的应用。最后，研究人员讨论了对其他生物标志物的研究结果，包括胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）、总tau（total tau, t-tau）和磷酸化tau（phosphorylated tau, p-tau），它们可能反映神经退行性变和胶质激活的互补方面。GFAP可提供关于星形胶质细胞反应性（astroglial reactivity）和神经炎症（neuroinflammation）的见解。类似地，t-tau和p-tau水平改变可能提示神经元细胞骨架（neuronal cytoskeleton）和轴突完整性（axonal integrity）功能障碍。本综述还关注靶点结合生物标志物，包括SCAs中的多聚谷氨酰胺扩展的ataxin蛋白（polyglutamine-expanded ataxin proteins）和Friedreich共济失调中的frataxin，作为补充共济失调生物标志物工具包的关键工具。突变ataxin蛋白的定量为新兴基因沉默（gene-silencing）或降蛋白治疗提供机制读出。同时，frataxin水平测量可作为旨在恢复frataxin表达的治疗策略中的药效学标志物。这些靶点结合生物标志物在临床试验早期阶段有价值，该阶段主要旨在证明治疗的生物学活性，之后后期试验评估临床疗效。最后，研究人员报告polyQ SCAs中的体细胞不稳定性（somatic instability）作为一个新兴且高度相关的治疗靶点。CAG重复镶嵌（CAG repeat mosaicism）具有基因特异性，并与疾病进展相关。将重复不稳定性测量与神经退行性生物标志物整合，可在临床研究中提供综合监测方法。本概述强调体液生物标志物，尤其是NfL，在加速遗传性共济失调治疗开发中的潜力。
遗传性共济失调具有遗传和表型异质性，每种共济失调进展速率不同，使临床试验设计复杂。目前亟需稳健生物标志物以监测治疗疗效和安全性。NfL已成为神经元损伤和治疗反应的敏感药效学生物标志物；GFAP、t-tau、p-tau、疾病相关蛋白及体细胞重复扩增也可能提供补充信息。研究人员开展综述，检索PubMed 2015年至2025年12月英文文献，纳入在基因或临床定义共济失调队列中报道定量体液生物标志物（CSF、血液衍生物和尿液）的原始研究，排除病例报告和无定量数据研究。检索词包括NfL、GFAP、tau、p-tau、ATXN3、frataxin、hereditary cerebellar ataxia、SCA、Friedreich’s ataxia、CANVAS、RFC1、SPG7、FGF14、SCA27B、MSA等。最终基于相关性生成参考文献，并为NfL、GFAP、tau/p-tau和疾病蛋白准备总结表。关键技术方法可概括为：文献系统检索与结构化筛选；纳入已发表基因或临床定义队列，包括SCA、Friedreich共济失调、CANVAS、SPG7、SCA27B和MSA-C等，无新样本采集；汇总超敏免疫检测平台，如Simoa、MSD、ELLA、ELISA；疾病蛋白采用MSD、单分子计数免疫分析、TR-FRET、UHPLC-MRM/MS或PRM/MS等；体细胞扩增采用纵向血样和尸检脑组织的CAG重复分析。研究结论强调，NfL是研究最广泛且结果可重复的体液生物标志物，在polyQ SCAs、SCA27B、MSA-C和隐性共济失调中具有潜力；GFAP可能补充反映星形胶质激活和神经炎症；tau结果异质；疾病相关蛋白可用于靶点结合评估；体细胞CAG重复不稳定可提供机制信息。
结果部分：神经丝在健康人群中的表现：生理条件下，血清NfL出生时约7 pg/mL，生命前4年稳定，随后每年下降约6.8%，约10岁达平台约4 pg/mL；30岁后随年龄增加，60岁约17.5 pg/mL，年均增加3–4%（0.366 pg/mL）。CSF NfL在成人也随龄增加。肾功能影响NfL，血清肌酐与血浆和血清NfL正相关。性别影响不明确，血清NfL无显著差异，男性CSF NfL较高。
神经丝在脊髓小脑共济失调中的表现：多聚谷氨酰胺脊髓小脑共济失调。共济失调携带者：初步及后续横断面和纵向研究显示SCA携带者血和CSF NfL升高，SCA1约18–35 pg/mL，SCA2约16–20 pg/mL，SCA3约20–35 pg/mL，SCA7约22–26 pg/mL；NfL随病程增加，但发病后增速减慢。基线高NfL预测2年临床进展和小脑体积损失。SCA3 NfL较高，但SARA进展可能较轻，可能反映周围神经系统受累。NfL在ALS或MSA较高与Friedreich共济失调或帕金森病较低之间。症状前携带者：NfL在SCA1症状前约5年、SCA3约20年、SCA2和SCA7约10年升高，早于MRI容积改变。可区分症状前携带者与健康对照和症状期个体。血浆浓度中间，SCA1约15.5–18 pg/mL，SCA2约15.5 pg/mL，SCA3约15–47 pg/mL，SCA7约12–15.5 pg/mL。有非小脑特征的携带者NfL更高。SCA3仅有非小脑体征者约20 pg/mL，介于症状前约12 pg/mL和共济失调约35 pg/mL之间。与其他参数相关性：部分研究报告NfL与CAG重复长度、SARA和INAS中等相关，另一些仅弱相关。NfL与MRI脑干萎缩、SCA2和SCA3小脑萎缩、SCA3灰质体积和白质平均弥散率、SCA7视网膜退化相关。SCA27B：由FGF14基因GAA扩展引起。NfL约16 pg/mL，随年龄和病程增加，但与对照或散发性共济失调无显著差异。不典型GAA-FGF14共济失调NfL约27 pg/mL，高于晚发SCA27B约22 pg/mL，与SCA3约30 pg/mL和MSA-C约38 pg/mL相似；但Ouyang等样本小，需谨慎。
神经丝在常染色体隐性共济失调中的表现：Friedreich共济失调：由FXN基因GAA扩展引起。血清NfL较健康对照升高，儿童和成人均升高，杂合携带者类似对照。与健康人年龄增加相反，Friedreich共济失调NfL随时间下降，儿科每年降3.5 pg/mL，40岁后接近年龄匹配对照约22 pg/mL；峰值在发病前后，晚期下降，类似脊髓性肌萎缩。NfL与临床特征关联不一致；与较长等位基因GAA重复长度负相关，提示严重早发类型NfL较低。CANVAS：由RFC1基因内含子2的AAGGG扩展引起。仅一项研究显示，孤立感觉神经病患者血清NfL约24 pg/mL，高于对照约12 pg/mL；伴小脑受累的更晚期患者约28 pg/mL，高于孤立感觉神经病。痉挛性截瘫7型：由SPG7基因突变引起。一项研究报道NfL 10.4 pg/mL，与年龄匹配对照相似。另一项包括11例SPG7的HSP研究显示血清NfL较对照升高（24.7 pg/mL vs 18.9 pg/mL），随疾病进展增加，但未报告基因型特异性水平。
神经丝在多系统萎缩中的表现：MSA-C血清NfL较对照显著升高，约29–40 pg/mL。MSA-C与MSA-P无显著差异。区分MSA-C与散发性晚发共济失调的效用不一。MSA-C与多数SCA NfL无差异，但SCA27B较低。基线高NfL与更重疾病、更高死亡率和纹状体体积减小相关；不能区分基线已符合MSA与随访转化者。纵向显示MSA-C NfL轻度下降或双相轨迹。
神经丝在临床试验中的潜力：监测安全性和有效性：NfL是最有前景候选，尤其polyQ SCA。NfL是神经轴突损伤验证标志物，超敏检测使血液纵向监测可行。可用于评估疾病活动、症状前阶段、治疗反应和患者分层。tofersen在SOD1相关ALS中使血清NfL中位数从78降至36 pg/mL；nusinersen在脊髓性肌萎缩中降低NfL；tominersen在亨廷顿病中CSF NfL升高后临床恶化，提示NfL可作早期不良生物学活性指标。参与者分层：根据CAG重复长度和NfL等疾病活动标志物分层。SCA1症状前高NfL预测更短发病时间，可作为入组标准富集高风险进展人群。latozinemab在GRN致病变异所致额颞叶痴呆、ATLAS tofersen在症状前SOD1携带者中已用NfL。症状前阶段替代终点：NfL在症状前升高，治疗诱导降低可作为药物对潜在神经退行性过程影响的客观生物学指标，甚至个体水平评估；结合CAG长度可支持个体化管理。
其他共济失调生物标志物：胶质纤维酸性蛋白：GFAP是III型中间丝蛋白，主要在星形胶质细胞表达，损伤或激活后释放入CSF和血液，Simoa等可测，随龄增加。MSA-C和SCA2 CSF GFAP较对照升高，SCA1和SCA6无差异；SCA3血清结果异质；SCA7血浆和CSF升高，症状前更高；大样本显示MSA-C血浆GFAP高于混合SCA，SCA与对照无差异；Friedreich共济失调GFAP较对照升高，与NfL相关，15岁以下更高。GFAP可能反映反应性星形胶质增生，较晚出现；NfL反映脱髓鞘轴突变性，早期出现，二者互补，但多数为横断面证据。Tau和磷酸化tau：MAPT编码tau。在遗传性共济失调中效用有限且复杂。CSF t-tau在SCA2和MSA-C升高；SCA3 CSF t-tau和p-tau在症状前高于共济失调，血浆t-tau在年轻携带者升高但随年龄下降更陡。其他研究在SCA2和SCA7症状前及早期无差异，1年无纵向变化。SCA和MSA中血浆p-tau低于对照。Friedreich共济失调结果冲突。限制包括tau是薄无髓轴突损伤标志，血浆t-tau仅约20%脑来源，亚型复杂；脑源性tau（BD-tau）尚未在遗传性共济失调探索。疾病蛋白：PolyQ SCA由ATXN1、ATXN2、ATXN3、CACNA1A、ATXN7等重复扩增产生毒性突变蛋白。SCA3中polyQ扩展ataxin-3可用免疫分析检测，CSF、血浆和成纤维细胞与对照可区分；CSF和血浆无相关，血浆高10倍，提示不同池。尿液也可检测。单分子计数免疫分析显示共济失调者血浆polyQ ataxin-3高于症状前，对照不可测；纵向稳定，与严重度、CAG和发病年龄无显著相关。TR-FRET可检测PBMCs中polyQ ataxin-3，严重患者更高，扩展/正常比例与重复长度和发病年龄相关，但生物流体灵敏度不足。SCA2 TR-FRET在成纤维细胞和iPSC神经元验证，但血清不可测。Friedreich共济失调中frataxin缺乏，治疗目标为增加frataxin。全血中frataxin-M和frataxin-E可用稳定同位素稀释UHPLC定量，患者降低，与GAA重复长度和发病年龄负相关，frataxin-E相关更强。支持疾病相关蛋白作为靶点结合标志物。体细胞重复扩增：重复扩增疾病存在体细胞不稳定，DNA修复驱动，导致镶嵌。Handsaker等显示亨廷顿病细胞死亡具细胞类型特异性，CAG超过毒性阈值后纹状体投射神经元优先受累。PolyQ SCA中外显子CAG重复的体细胞不稳定基因和组织特异，终生增加。纵向血样平均8年显示CAG重复大小增加，SCA7最大，SCA3最慢，与重复长度和疾病严重度相关。成人脑组织体细胞扩增大于外周血，小脑镶嵌程度最低。胎儿组织SCA1、SCA3和SCA7在妊娠13周未检测到体细胞扩增，提示出生后逐步发生。SCA27B外周组织体细胞不稳定最小，尸检小脑半球和蚓部扩增约2.7–3.2倍于其他脑区。
讨论与结论：体液生物标志物对临床试验设计至关重要，尤其针对症状前阶段。NfL是研究最广泛且结果一致的标志物，在polyQ SCAs（SCA1、SCA2、SCA3和SCA7）、SCA27B、MSA-C和隐性共济失调（Friedreich共济失调、CANVAS、SPG7）中均有研究。其在临床发病前多年血液中升高，证实轴突神经退行性变是疾病发病机制中的早期和原发事件。与脑MRI容量指标及SARA和INAS评估的疾病严重程度相关，支持其作为进展生物标志物。GFAP虽研究较少，但可能通过反映星形胶质激活和神经炎症提供补充信息，这些过程倾向于在疾病较晚发生。相反，tau结果更异质，可能反映共济失调亚型、分析平台及皮层和皮层下神经元群体受累差异。PolyQ共济失调中体细胞CAG重复不稳定引入额外分子进展层，可能解释疾病病程个体差异，若可靠定量可作机制生物标志物。对于靶点结合评估，使用超敏检测定量疾病相关蛋白已成为有价值方法，尤其用于基因靶向治疗评估。挑战包括：遗传和表型异质性使通用参考范围建立复杂；大规模纵向研究有限，生物材料、采样程序和分析平台方法学不统一，阻碍直接比较和临床意义cut-off定义；多数数据来自观察性研究，需在干预性临床试验中验证为结局指标；不同生物标志物时间动态需整合纵向方法。Ataxia Global Initiative（AGI）的“Molecular Biomarkers & Biosampling”工作组正在提供指导。展望：将NfL整合到多模态生物标志物框架，结合临床、神经影像和其他分子数据，对更全面表征遗传性共济失调自然史至关重要；此类整合可增强患者分层，识别最佳治疗窗口，并为疾病修饰疗法开发和评估提供信息。体液生物标志物代表向更精准、个性化和转化研究迈出的关键一步，最终缩小机制理解与临床应用之间的差距。
