《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Noninvasive diagnosis of Alzheimer’s disease: a review of emerging biomarkers and multimodal approaches
编辑推荐：
无创生物标志物正在扩大阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）生物学评估的可及性。本综述评估了基于血液、神经影像、视网膜、电生理、数字及行为学指标，并结合结构化认知与功能评估，考察了多模态及机器学习方法在检测、鉴别诊断、预后判断及治疗监测
无创生物标志物正在扩大阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）生物学评估的可及性。本综述评估了基于血液、神经影像、视网膜、电生理、数字及行为学指标，并结合结构化认知与功能评估，考察了多模态及机器学习方法在检测、鉴别诊断、预后判断及治疗监测中的应用。血浆磷酸化tau蛋白，尤其是p-tau217，目前为识别淀粉样蛋白及晚期tau病理提供了最具可扩展性的强证据，而正电子发射断层扫描（positron emission tomography, PET）和磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）在病理学确认、区域分期、排除其他病因及非典型表型表征方面仍发挥互补作用。视网膜、电生理、言语、睡眠及眼动追踪指标仍具前景，但需更强的标准化和外部验证。跨模态而言，生物标志物轨迹在时间上呈错峰变化，检测平台差异影响结果解读，且病理-表型映射受疾病阶段、认知储备、共病理、血管因素及人群特征等因素调节。为此，研究人员提出一种以表型锚定的阶梯式路径：首先基于患者及知情者病史、客观认知与功能评估、结构影像及常规实验室检查；当验证性血液生物标志物能解决特定不确定性时予以补充；对于未明确、非典型或涉及治疗决策的病例，保留脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）或PET检查。不一致的发现应促使重新评估，而非自动重新分类。研究人员描述了用于筛选和分类所评证据的文献检索及描述性证据分级方法，并将研究结果置于新兴的血液检测监管背景下。临床转化将依赖于统一的阈值、具有代表性的前瞻性队列、校准、独立验证，以及多模态系统能够改善临床决策和患者结局而非仅提升基准准确率的证据。
主体内容总结
1 引言
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是全球最常见的痴呆病因，其诊断历史上依赖临床认知衰退评估和尸检神经病理学确认。过去十年间，AD的概念已从离散的临床实体转变为连续疾病谱系，在明显症状出现前数年甚至数十年即已启动。这一范式转变推动了包括脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）检测、分子神经影像、结构和功能磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）以及近年来的血液和数字指标等多模态生物标志物的发展。2016年引入的A/T/N分类系统将生物标志物分为三组：A表示β-淀粉样蛋白病理，T表示tau病理，N表示神经退行性或神经元损伤。尽管生物标志物诊断范式进展显著，但仅基于生物标志物阳性诊断AD仍存争议，包括对淀粉样蛋白和tau阳性个体痴呆终生风险的纵向数据不足，以及可能遗漏其他共存病理。非典型变异型AD常表现为非记忆症状且易被误诊。结构影像在排除可逆病因方面不可或缺，FDG-PET可在临床和结构评估后仍不确定时提供额外诊断特异性。与CSF检查相比，无创诊断避免了腰椎穿刺风险，便于可重复的临床筛查和动态监测。本综述以两个组织原则构建证据：按分子和细胞过程描述各模态，并区分检测、生物学诊断、临床诊断、分期、预后和治疗资格等临床任务。
2 方法
本综述为叙述性、临床导向综述。研究人员对PubMed/MEDLINE进行了定向检索，涵盖AD诊断、血液生物标志物、淀粉样蛋白β、磷酸化tau、MRI、PET、视网膜、OCT、EEG、言语、步态、数字生物标志物、机器学习、多模态、外部验证等相关术语。优先纳入里程碑式文章、系统综述、荟萃分析、前瞻性诊断研究、临床实践指南、共识声明、监管文件及上述来源引用的相关文献。检索更新至2026年8月7日。因选择具有目的性而非穷尽性，且未使用预注册方案或重复筛选，本文不应被解读为系统综述。证据成熟度按描述性分类：标准支持型表示已纳入正式诊断标准、适当使用指南或标准临床评估；高级验证型表示已在独立队列中复制或经头对头比较但尚未标准化用于常规使用；探索型表示单队列、有限验证或方案阶段证据。
3 血液生物标志物用于AD诊断
血浆p-tau217的诊断性能接近或匹配CSF生物标志物。一项纳入30项研究的系统综述和荟萃分析报告，血浆p-tau217检测淀粉样蛋白PET阳性的敏感性为82%、特异性为86%，而CSF p-tau217分别为79%和91%。在TRIAD队列的头对头比较中，血浆p-tau217识别淀粉样蛋白PET阳性的曲线下面积（area under the curve, AUC）为0.91，与CSF p-tau217的0.94无统计学差异，而血浆p-tau181（AUC 0.76）和p-tau231（AUC 0.82）均逊于其CSF对应指标（AUC分别为0.87和0.95）。在1,275名跨越认知谱系的参与者中，血浆p-tau217有效区分了淀粉样蛋白阴性个体与晚期tau病理个体，而更早阶段仅在淀粉样蛋白阳性个体中可识别。ALZpath Simoa检测在三个独立队列中识别异常淀粉样蛋白的AUC为0.92–0.96，识别tau病理的AUC为0.93–0.97。p-tau217/Aβ42比值在自动化平台上对淀粉样蛋白PET阳性显示了最高诊断准确性（AUC 0.943），不确定区最小（8.0%）。然而，平台间抗体、校准物和浓度标度不同，数值和AUC不可直接互换，临床截断值必须按检测特异性设定，多数平台采用双截断值的纳入/排除策略，中间不确定区宽度因检测及肾功能、体质指数和贫血情况而异。基于验证性血液检测的分诊策略在研究的队列中减少了约三分之二至五分之四的确认性PET或CSF检测。
其他磷酸化tau表位和tau片段提供互补信息。血浆p-tau181随临床严重程度增加，但其诊断准确性通常低于p-tau217。血浆p-tau231反映更早期的tau病理。N端tau片段（NTA-tau）与tau PET的关联强于与淀粉样蛋白PET或神经退行性的关联。苏氨酸217磷酸化占据率（%p-tau217）在疾病级联中变化最早，在淀粉样蛋白PET阳性前即升高，而%p-tau205和MTBR-tau243与tau PET阳性出现时间一致，血浆eMTBR-tau243在后期阶段追踪皮层tau负荷。
血浆p-tau217还能识别晚期tau蓄积个体。使用调整后截断值，ALZpath p-tau217在两个独立队列中区分Braak V+ tau PET阳性个体与其他淀粉样蛋白阳性个体的AUC为0.93–0.97。基于p-tau217比值的模型预测多个脑区至标准化摄取值比值为2的区域tau水平，在主要验证集中ROC面积为0.84–0.95，在第二验证集中为0.71–0.88，并在保持95%敏感性下减少65%的tau PET扫描需求。
血浆生物标志物变化的时间顺序已通过淀粉样蛋白和tau PET时钟表征。在ADNI分析中，血浆Aβ42/Aβ40在淀粉样蛋白和tau PET时间线上均很早即异常，随后进入平台期。血浆p-tau217、p-tau181、胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）和神经丝轻链（neurofilament light chain, NfL）在整个模拟疾病进程中升高，其中p-tau217和GFAP在tau PET时间线上较早异常。
GFAP作为星形胶质细胞激活标志物，提供与p-tau217互补的信息。在路易体痴呆连续谱中，GFAP异常出现在轻度认知障碍前驱期，而p-tau181和NfL异常仅在痴呆期出现。在唐氏综合征中，血浆GFAP部分中介了淀粉样蛋白PET与tau PET（15.3%）及淀粉样蛋白PET与血浆p-tau217（42.1%）之间的关系。血浆GFAP水平在超过一定tau阈值后进入平台期，且仅在GFAP高水平的个体中观察到后续tau进展。在多样化社区队列中，GFAP与白质高信号正相关，表明GFAP同时反映AD相关和脑血管病理。
NfL作为轴突损伤标志物，与核心AD病理的关联较弱。在1,275名参与者的队列中，血浆NfL与Aβ/tau病理、AD特异性海马萎缩和认知衰退的关联有限。NfL在疾病进程中异常出现较晚，使其更可能是疾病严重程度而非早期检测的标志物。
突触生物标志物已成为新型血液分析物类别。血浆β-突触核蛋白在临床前AD中即已升高，并随MCI和AD痴呆进一步增加，与淀粉样蛋白和tau PET相关。生长相关蛋白43（GAP-43）已在血浆中测得，与CSF GAP-43相关，并与更大的tau聚集、更快的脑萎缩和加速的认知衰退相关。
血管和血脑屏障生物标志物增加了另一维度。血浆血小板衍生生长因子受体β（PDGFRβ）与CSF/血浆白蛋白比值相关，较低PDGFRβ水平与较高Aβ和tau PET负荷、更薄皮层厚度、更差认知评分及更快衰退相关。血浆tau生物标志物与纵向神经退行性和认知衰退的关联在低PDGFRβ水平的男性中更强。Syndecan-4（SDC4）在CSF中于AD最早临床前阶段升高，预测脑淀粉样蛋白和tau的更快进展，但目前仅限CSF支持，需血浆验证。
血浆生物标志物解读必须考虑全身混杂因素。慢性肾病独立于脑淀粉样蛋白升高血浆p-tau217，其幅度足以使个体患者跨越诊断截断值。磷酸化与总tau比值可部分缓解此混杂。常规实验室评估（包括肾功能）应纳入与血液生物标志物相同的诊断流程。其他疾病可模拟或扭曲AD生物标志物谱：GFAP和NfL在脑血管疾病中升高，GFAP异常在路易体连续谱中早期出现，NfL升高见于多种轴突损伤疾病。采集前因素也具影响：血浆p-tau217、Aβ42及相关分析物存在昼夜变异，空腹状态亦影响若干分析物。
监管里程碑正塑造血液检测的临床背景。2025年5月，美国食品药品监督管理局（FDA）通过510(k)途径批准了Lumipulse G pTau217/β-Amyloid 1–42血浆比值检测——首个获授权辅助检测55岁及以上有认知衰退症状和体征成人淀粉样蛋白病理的血液体外诊断。在499名认知受损成人的关键多中心研究中，91.7%的比值阳性个体经PET或CSF确认有淀粉样蛋白斑块，97.3%的比值阴性个体为淀粉样蛋白阴性，不足20%的结果不确定。该批准明确将该检测定位为临床评估的辅助而非替代，未授权用于筛查或独立诊断。
4 神经影像生物标志物：PET和MRI
淀粉样蛋白PET在抗Aβ疗法临床试验中发挥核心作用，用于受试者选择、靶点参与监测和治疗疗效评估。阿尔茨海默病协会和核医学与分子影像学会更新的适当使用标准定义了七个淀粉样蛋白PET适用临床场景。然而，淀粉样蛋白PET分期疾病严重程度或预测近期临床衰退的能力有限，因淀粉样蛋白蓄积在病程早期即进入平台期。
tau PET是已确立的影像模态，捕捉神经原纤维缠结病理的空间分布和进展，其与认知衰退的关联比淀粉样蛋白负荷更密切。多种tau示踪剂已开发和验证，包括[18F]flortaucipir、[18F]MK-6240、[18F]RO948和[18F]Florzolotau。[18F]MK-6240在AD连续谱中重现Braak分期，并在淀粉样蛋白阳性个体中显示与记忆、执行功能和语言表现的领域特异性关联。在一项1,008名连续汉人认知障碍个体的研究中，tau PET与淀粉样蛋白PET作为脑淀粉样蛋白病理参考标准的一致性高（敏感性97.8%，特异性95.4%）。在基于淀粉样蛋白PET的诊断后，tau PET信息的加入导致10.0%患者的诊断改变，并将诊断置信度从68.6%提升至84.2%。
tau PET在预测认知衰退方面持续优于其他生物标志物。在BioFINDER-2和ADNI队列中，基线tau PET和复合认知评分是遗忘型MCI或轻度痴呆患者2年认知衰退的最强独立预测因子。在BioFINDER-2的761名淀粉样蛋白阳性个体中，基线和纵向tau PET与认知衰退的关联强于结构MRI，基线tau PET解释了认知衰退方差的54.0%–94.0%。值得注意的是，模拟减少tau PET蓄积斜率仅产生认知轨迹的边际变化，这对tau靶向治疗具有直接意义。基线tau PET还预测后续脑萎缩，且tau PET信号的特定分布是单患者水平未来萎缩拓扑的强指标。皮层tau蓄积与连接的白质区域后续萎缩相关。
