毛细血管血采集设备（Tasso+与TAPII）与静脉血浆及脑脊液检测阿尔茨海默病（AD）生物标志物Aβ42/40、pTau217、NfL和GFAP的安全性及分析性能比较

《Annals of Clinical and Translational Neurology》：Alzheimer's Disease Biomarkers Measured by Capillary Blood Collection Versus Venous Plasma and Cerebrospinal Fluid

　　

目的：血液生物标志物对非侵入性阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）诊断和研究日益关键，但通常需要现场处理。远程即时采集方法可增强临床和研究环境中的生物标志物检测。研究人员评估了通过静脉血和两种毛细血管血采集装置（Tasso+和TAPII）采集血液的安全性及准确性，用于测量毛细血管血浆中的淀粉样蛋白β_42/40比值（amyloid-beta 42/40 ratio，Aβ_42/40）、磷酸化tau-217（phosphorylated-tau-217，pTau₂₁₇）、神经丝轻链（neurofilament-light，NfL）和胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP），并与同期采集的静脉血浆和脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）比较。

方法：在Johns Hopkins Center for CSF Disorders就诊的患者（N=192）接受了诊断性腰椎穿刺和静脉穿刺。在采集毛细血管血（通过TAPII或Tasso+装置）前，将加热包置于皮肤5分钟，并记录数字疼痛评分。使用Quanterix SIMOA免疫分析（Quanterix SIMOA immunoassays）分析CSF、静脉血浆和毛细血管血浆。统计分析包括Pearson/Spearman相关、Lasso回归以及使用Bland–Altman图（Bland–Altman plots）的定量比较。

结果：共采集86份TAPII和126份Tasso+血浆样本（男77，女115；平均年龄61±18.3岁，范围16–91岁）。Tasso+装置成功采集>50 μL全血的比例为90.3%，TAPII装置为86%。静脉采血的疼痛评分显著高于毛细血管采血（静脉2.24/10，TAPII 0.73/10，Tasso+ 0.2/10，p<0.001）。毛细血管Aβ_42/40、NfL和GFAP与静脉血浆分析物强相关（Tasso+：Aβ_42/40 r=0.75，NfL r=0.91，GFAP r=0.80，均p<0.001；TAPII：Aβ_42/40 r=0.74，NfL r=0.86，GFAP r=0.84，均p<0.001）。Tasso+毛细血管pTau₂₁₇与静脉样本弱相关（r=0.23，p=0.04）。毛细血管NfL和GFAP与CSF NfL和GFAP中度相关（TAPII NfL r=0.74，GFAP r=0.6，均p<0.0001；Tasso+ NfL r=0.69，GFAP r=0.59，均p<0.0001）。毛细血管Aβ_42/40和pTau₂₁₇与CSF测量无显著相关。Lasso回归确定年龄和GFAP是毛细血管及静脉样本中AD的显著预测因素（Tasso+ AUC=0.87，TAPII AUC=0.75，静脉AUC=0.83）。

解释：毛细血管血浆中的神经退行生物标志物Aβ_42/40、NfL和GFAP与静脉血浆测量强相关。毛细血管和静脉pTau₂₁₇相关性弱，表明需要进一步优化测定。与TAPII相比，Tasso+采集疼痛更轻且引起的溶血更少。

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）已在全球影响超过5000万人，预计到2060年达到1.52亿。AD病理标志物在临床症状出现前数十年即开始出现，随疾病进展tau病理广泛分布，标志向轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）前驱期转变，并进一步进展为临床AD痴呆。尽管脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）或正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）检测AD脑病理已可用20余年，但许多患者难以进入开展AD检测的专科中心，且面临高自付费用和感知风险。早期诊断对AD管理和治疗至关重要，有助于患者和家庭作出知情决策，并提供临床干预窗口。疾病修饰治疗（disease-modifying treatments，DMTs）旨在通过淀粉样蛋白或tau相关病理生理机制减缓AD临床进展。自Lecanemab于2023年成为首个获美国食品与药品管理局（FDA）批准的DMT以来，多种药物正在临床试验中。试验招募和患者对DMT兴趣的双重激增，产生对筛选合格患者的即时需求。近年AD血液生物标志物检测进展提供了更可及、侵入性更小的方案。高灵敏测定可检测血浆p-tau异构体，尤其是pTau₁₈₁和pTau₂₁₇，在尸检确诊AD鉴别中表现高；Aβ_42/40比值可辅助AD试验富集；NfL是神经轴突损伤和神经退行生物标志物；GFAP是星形胶质细胞活化生物标志物，与Aβ沉积起始相关。二者可在CSF和血浆中可靠测量，且样本类型间相关。尽管血液生物标志物有望满足快速AD检测需求，但广泛实施面临挑战，包括患者旅行、采血人员或培训医疗人员、实验室人员处理标本、标本临时储存和运输至服务实验室。任一环节中断都可能阻碍诊断性AD检测和DMT临床试验参与者及研究参与者的纵向监测。近年多种毛细血管血采集装置被设计为无痛、非侵入性从皮肤毛细血管采血，可由照护者或患者本人在家中使用。用于AD诊断检测时，毛细血管采集装置必须安全、无痛地采集足够样本供生物标志物免疫分析。商业可用装置中，TAPII和Tasso+分别于2019和2022年获美国FDA批准，制造商报告平均采集350–600 μL全血。TAPII据称使用“温和真空和微针技术”，Tasso+为“采血刺血装置”。少数研究报道两者在临床和非临床环境中用于血清学、血液学和临床化学，分析性能和参与者接受度良好。据研究人员所知，目前尚无同行评审研究评估TAPII或Tasso+采集的毛细血管血浆用于AD诊断生物标志物检测的适用性。因此，本研究旨在评估和比较两种毛细血管血采集装置测量关键AD血浆生物标志物——Aβ_42/40、pTau₂₁₇、NfL和GFAP——的安全性、可用性和分析性能，并与同期采集的静脉血浆和CSF测量比较。

关键技术方法：研究人员从Johns Hopkins Center for CSF Disorders于2021年10月至2024年4月纳入192例同意生物样本库研究的患者，涵盖正常压力脑积水（normal pressure hydrocephalus，NPH）、AD、血管性痴呆（vascular dementia，VaD）、认知正常和其他神经疾病。患者接受诊断性大体积腰椎穿刺采集CSF，并接受静脉穿刺；毛细血管血用TAPII或Tasso+装置（含EDTA）采集，采集前加热5分钟，记录数字评定量表（Numeric Rating Scale，NRS）疼痛评分。用Quanterix SIMOA免疫分析测量CSF、静脉血浆和毛细血管血浆中Aβ₄₀、Aβ₄₂、pTau₂₁₇、NfL和GFAP。统计分析包括Pearson/Spearman相关、Wilcoxon秩和检验、Bonferroni校正、Bland–Altman、Passing–Bablok、CUSUM、组内相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）、年龄调整logistic回归和Lasso logistic回归。

3.1 参与者特征：研究纳入192例，平均年龄61岁±18.3（范围16–91），男77、女115。按年龄和临床诊断分为NPH、AD、VaD、老年认知正常（Older Normal，ON）、年轻认知正常（Younger Normal，YN）及“Other”组；Other组包括路易体痴呆（dementia with Lewy bodies，DLB）、额颞叶痴呆（frontotemporal dementia，FTD）、帕金森病（Parkinson's Disease，PD）、进行性核上性麻痹（progressive supranuclear palsy，PSP）、边缘系统为主的年龄相关TDP-43脑病（limbic-predominant age-related TDP-43 encephalopathy，LATE）和特发性颅内高压（idiopathic intracranial hypertension，IIH）。81.77%为White，14.06%为Black，1.04%为Hispanic，1.56%为Asian，1.56%为Other。所有参与者接受神经科检查、神经影像和认知评估，包括蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment，MoCA）和临床痴呆评定量表总和框（Clinical Dementia Rating Sum of Boxes，CDR-SOB）。

3.2 样本特征：共采集191份CSF、169份静脉血浆、86份TAPII、126份Tasso+毛细血管血浆；20例同时使用两种设备。因设备由制造商依次提供，为便利样本，未随机分配。24例因技术困难未能获得静脉血浆。Tasso+平均体积294.1 μL±127.2，TAPII 266.94 μL±18.71。Tasso+采集>50 μL全血成功率90.3%，TAPII 86%，差异无统计学意义。结论：两种设备均可采集足量血，成功率相当。

3.3 毛细血管与静脉生物标志物相关性：TAPII和Tasso+的毛细血管NfL、GFAP、Aβ_42/40与静脉血浆强相关（TAPII：NfL r=0.86，GFAP r=0.84，Aβ_42/40 r=0.74，均p<0.001；Tasso+：NfL r=0.91，GFAP r=0.8，Aβ_42/40 r=0.75，均p<0.001）。Tasso+毛细血管pTau₂₁₇仅与静脉弱相关（r=0.23，p=0.04），TAPII pTau₂₁₇与静脉不显著相关（p=0.12）。结论：三种生物标志物毛细血管-静脉一致性强，pTau₂₁₇一致性差。

3.4 静脉和毛细血管血浆分析物配对比较：配对比较显示，TAPII、Tasso+与静脉的Aβ_42/40、NfL、GFAP测量总体无显著差异；pTau₂₁₇在TAPII、Tasso+和静脉样本间差异显著（均p<0.0001）。结论：pTau₂₁₇存在样本类型差异。

3.5 Bland–Altman偏倚分析：Aβ_42/40两种设备偏倚最小、一致性紧；NfL和GFAP限较宽，GFAP变异大且有多个离群。pTau₂₁₇对两种设备均有一致正偏倚，TAPII平均约7 pg/mL，Tasso+约3 pg/mL，高浓度时高估更明显，但95%一致性界限仍在临床可接受范围。结论：Aβ_42/40一致性好，pTau₂₁₇存在系统偏倚，NfL/GFAP一致性较差。

3.6 Passing–Bablok回归分析：NfL、GFAP、Aβ_42/40在TAPII和Tasso+与静脉间强一致，多数截距置信区间含0、斜率置信区间含1，提示无恒定或比例偏倚。pTau₂₁₇比例偏倚显著，斜率显著偏离1，与Bland–Altman系统高估一致。CUSUM检验支持所有比较线性（均p>0.15）。结论：三类标志物一致，pTau₂₁₇需校正。

3.7 CSF生物标志物与静脉和毛细血管血浆：静脉Aβ_42/40与CSF Aβ_42/40无显著相关（p=0.169）；静脉NfL、GFAP、pTau₂₁₇均与CSF显著相关（NfL r=0.73，GFAP r=0.59，pTau₂₁₇ r=0.33，均p<0.001）。毛细血管NfL和GFAP与CSF NfL和GFAP中度相关（TAPII NfL r=0.74，GFAP r=0.6；Tasso+ NfL r=0.69，GFAP r=0.59；均p<0.001），而毛细血管Aβ_42/40和pTau₂₁₇与CSF无显著相关。结论：毛细血管NfL/GFAP可反映CSF相应指标，Aβ_42/40/pTau₂₁₇不能。

3.8 年龄调整单个生物标志物诊断性能：年龄调整logistic回归显示，NfL、GFAP、Aβ_42/40和pTau₂₁₇在各样本类型对AD状态判别相当，静脉与毛细血管AUC无显著差异（均p>0.05）。静脉pTau₂₁₇单个标志物性能最高（AUC 0.88，95% CI 0.82–0.94），GFAP和Aβ_42/40在毛细血管和静脉样本间诊断性能相似。Lasso回归中，年龄和GFAP在所有样本类型均为AD分类的显著贡献因素；TAPII模型AUC=0.75（0.70，0.85），Tasso+模型AUC=0.87（0.79，0.90），静脉模型AUC=0.83（0.73，0.88）；TAPII模型还选择Aβ_42/40。结论：年龄+GFAP是稳健预测组合，Tasso+模型分类准确度最高。

3.9 疼痛和溶血评分：NRS疼痛评分TAPII 0.73/10、Tasso+ 0.2/10、静脉2.24/10；Tasso+显著低于TAPII和静脉，静脉高于TAPII和Tasso+（均p<0.001）。溶血评分TAPII 2.08/4，Tasso+ 1.37/4，TAPII显著更高（p<0.001）。溶血未显著改变毛细血管与静脉生物标志物关系；尽管不同溶血水平相关强度有轻微变化，总体关联仍强且显著。结论：Tasso+疼痛更轻、溶血更少，溶血对Aβ_42/40、NfL、GFAP关系影响小。

3.10 毛细血管生物标志物与神经认知测量相关性：MoCA和CDR-SOB与任何毛细血管生物标志物均无显著相关。结论：本样本中毛细血管生物标志物未显示与这些认知量表相关。

讨论部分总结：研究评估TAPII和Tasso+毛细血管血测量神经退行血浆生物标志物。192例多诊断参与者中，毛细血管Aβ_42/40、NfL、GFAP与静脉强相关、偏倚小；pTau₂₁₇在毛细血管样本一致高估且与静脉相关有限，尤其TAPII。Lasso识别年龄和GFAP为所有样本类型最一致AD预测因素，Tasso+分类准确度最高。疼痛和溶血评分显示Tasso+耐受更好、样本干扰低于TAPII和静脉。结果支持某些血浆生物标志物毛细血管采集可行性，但pTau₂₁₇测量需进一步优化。与Huber et al.干血斑研究一致，毛细血管-静脉NfL和GFAP强相关，但其Aβ_42/40弱且不显著；本研究CSF-静脉NfL、GFAP、pTau₂₁₇显著相关，CSF-毛细血管仅NfL和GFAP显著。pTau₂₁₇未显示毛细血管-静脉显著相关，与Huber et al.矛盾。超过95%毛细血管pTau₂₁₇浓度，即使对照组，均超过0.42 pg/mL初步cutoff；静脉血浆平均pTau₂₁₇仅在AD组和“Other”组超过该cutoff。毛细血管与静脉差异近30倍（TAPII vs 静脉）、10倍（Tasso+ vs 静脉）、3倍（TAPII vs Tasso+），是使用静脉血浆开发测定直接用于毛细血管血浆的关键障碍。Bland–Altman和Passing–Bablok显示比例偏倚。原文提出可能机制包括皮肤外周神经末梢存在p-tau和α-synuclein聚集体，毛细血管采集装置可能释放外周pTau₂₁₇；pTau₂₁₇测定基质效应；设备针尺寸和数量差异（TAPII 16根500 μm微针，Tasso+单根5 mm刺血针）。溶血在毛细血管较高，对Aβ_42/40、NfL、GFAP影响小，pTau₂₁₇总体相关较弱且对溶血更敏感。由于预分析变量全效应未定，毛细血管血生物标志物检测需像CSF和静脉血浆测定过去十年那样充分评估，可能需要针对不同血浆样本类型设定单独cutoff和指南。Lasso显示年龄和GFAP提供最高判别力；年龄是AD主要人口学风险因素，GFAP是响应淀粉样病理的星形胶质细胞活化早期标志。Tasso+模型仅用年龄和GFAP即达AUC 0.87，提示该采集方式可微创获得关键AD风险信息。支持未来毛细血管GFAP联合年龄或APOE基因型作为可扩展筛查工具。NfL在AD升高，但在其他神经退行诊断也升高，故AD与非AD判别弱。毛细血管Aβ_42/40预测效用下降与既往研究认为血浆淀粉样比值在临床前和MCI阶段诊断力更强一致，而本AD队列主要为临床AD痴呆。pTau₂₁₇血浆通常优于其他p-tau亚型，但其未进入Lasso模型可能反映毛细血管pTau₂₁₇测量局限，涉及测定性能、平台变异和预分析因素。即使仅年龄和GFAP，Tasso+模型AUC超过TAPII和静脉模型，接近大型研究血浆AD生物标志物检测AUC。研究还强调毛细血管采集后勤优势，对远程/去中心化试验、初级保健筛查或纵向低负担监测重要。关键优势：平行评估两种毛细血管设备与静脉和CSF，允许同一体直接比较；样本涵盖多种诊断和年龄，增强真实世界普遍性；测量疼痛显示毛细血管尤其Tasso+疼痛更低，患者偏好；两种设备平均体积略有差异，但>85%采集可提供足够血用于多标志物检测，成功率与传统静脉穿刺相当。局限性：队列诊断异质，未随机分配设备；毛细血管采集体积变异可能改变EDTA与血浆比例，但与静脉强一致提示测试条件下影响小；研究在监督临床环境进行，无监督或居家采集可能不同；临床诊断AD例数少（n=25），可能限制统计功效；缺乏毛细血管血浆既定参考范围或验证研究，难以区分生物学、基质或测定特异效应。未来应在大规模、生物标志物确诊队列验证，研究毛细血管血浆p-tau比值，评估居家采集可行性和纵向变化。

结论翻译：尽管这些发现总体支持毛细血管生物标志物检测的可行性，以及在去中心化AD临床试验和研究中使用毛细血管采集装置进行生物标志物检测，但由于pTau₂₁₇在TAPII、Tasso+和静脉血浆样本间存在显著技术或生物学差异，明确需要针对毛细血管生物标志物制定特定指南并优化测定。未来研究将支持这样一种愿景：患者或照护者可在家里或诊所提供少量毛细血管样本，临床医生可基于算法风险将其分诊至确认性CSF或PET检测。