淀粉样蛋白β（Aβ）与tau对阿尔茨海默病突触功能障碍的相对贡献：tau介导Aβ相关突触损伤的多队列生物标志物研究

《Annals of Clinical and Translational Neurology》：The Association of Amyloid-β and Tau With Synaptic Dysfunction in Alzheimer's Disease

　　

目的：阐明淀粉样蛋白β（amyloid-β, Aβ）与tau蛋白（tau）对阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）突触功能障碍的相对贡献。方法：研究人员纳入来自日内瓦记忆中心的109名认知未受损或受损个体，这些个体具有可用的脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）突触生物标志物（神经颗粒素[neurogranin]、SNAP-25、GAP-43）。参与者根据淀粉样蛋白（A）和tau（T）状态进行分层，并评估组间比较及突触标志物与AD生物标志物之间的相关性。采用多元线性回归模型评估淀粉样蛋白和tau与突触标志物的独立关联：模型I（n=109）纳入CSF Aβ₄₂和p-tau₁₈₁，模型II（n=69）纳入淀粉样蛋白PET centiloid和CSF p-tau₁₈₁。进行中介分析以进一步探究这些关系。研究结果在ADNI（Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, ADNI）队列（n=787）中重复验证。结果：与A?/T?和A+/T?组相比，A+/T+个体的突触生物标志物水平显著更高（p<0.001）。CSF p-tau₁₈₁与突触标志物高度相关。在模型I中，GAP-43（growth-associated protein 43, GAP-43）与CSF Aβ₄₂（β=0.31，95% CI 0.23–0.40）和p-tau₁₈₁（β=0.94，95% CI 0.84–1.04；p<0.001）均呈正相关。在模型II中，较低的淀粉样蛋白PET centiloid（β=?0.31，95% CI ?0.46至?0.16）和较高的p-tau₁₈₁（β=1.02，95% CI 0.86–1.19）预测GAP-43升高（p<0.001），神经颗粒素和SNAP-25也观察到相同关联模式。淀粉样蛋白负荷与突触生物标志物之间的关联在很大程度上为间接关联，并由CSF p-tau₁₈₁在统计学上介导。结果在ADNI中得到重复验证。解释：tau病理与突触生物标志物表现出强关联，并可能在淀粉样蛋白病理与突触功能障碍之间的关联中发挥中介作用。这些发现支持tau相关过程在AD突触功能障碍中的核心作用。

研究背景：阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的神经病理学由细胞外淀粉样蛋白β（amyloid-β, Aβ）斑块和细胞内由过度磷酸化tau构成的神经原纤维缠结定义，这些病理改变早于临床症状数年至数十年出现。尽管Aβ斑块和tau缠结具有定义性作用，但其负荷与认知损害仅呈部分相关；相比之下，突触完整性破坏是 pivotal 下游事件，活体影像和神经病理研究一致显示突触丢失与AD认知损害相关性最强。CSF（脑脊液，CSF）生物标志物研究使AD突触完整性得以在体评估；突触前和突触后区在AD中易损性不同。神经颗粒素（neurogranin）为突触后蛋白，参与突触可塑性；SNAP-25（synaptosomal-associated protein 25 kDa）为突触前蛋白，参与囊泡融合和神经递质释放；GAP-43（growth-associated protein 43）在神经生长和突触发生中高表达，并富集于AD易损区。实验证据提示Aβ和tau均与突触损伤相关：Aβ在早期触发异常神经元和突触活动，营造tau高磷酸化、传播和聚集的环境，进而放大突触损伤。但目前Aβ和tau在决定突触损伤中的在体独立作用尚未解决；既有研究报告突触生物标志物主要与Aβ负荷相关，也有研究报告其与tau病变关系更强。因此，研究人员在日内瓦记忆中心（Geneva Memory Center, GMC）队列中评估Aβ、tau与突触损伤标志物的关系，并在独立队列中验证。研究人员开展的研究显示，突触生物标志物主要与tau相关标志物相关，tau可能中介Aβ病理与突触功能障碍之间的关联；Aβ的作用更复杂且更间接。该研究有助于细化AD病理生理模型，并帮助解释突触生物标志物在研究和临床中的意义。

关键技术方法：研究采用两个独立队列。GMC队列于2014—2022年回顾性纳入109名认知未受损至痴呆个体；ADNI（Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, ADNI）队列787名用于重复验证。参与者按淀粉样蛋白/tau（A/T）状态分层，优先采用PET（正电子发射断层扫描，PET）生物标志物，否则采用队列特异性CSF阈值。检测CSF突触标志物神经颗粒素、SNAP-25和GAP-43，并结合CSF Aβ₄₂、CSF p-tau₁₈₁、淀粉样蛋白PET Centiloid和tau PET全球meta-ROI SUVR（标准化摄取值比，SUVR）。统计采用Spearman相关、普通最小二乘多元线性回归（含稳健标准误）和中介分析（PROCESS，5000次bootstrap），ADNI以GAP-43重复主要分析。

研究结果：

3.1 高tau个体中突触生物标志物升高
3.1.1 GMC队列：通过相关分析发现，CSF Aβ₄₂与突触标志物无显著相关；淀粉样蛋白PET Centiloid与神经颗粒素、SNAP-25、GAP-43呈弱至中度相关；三种突触标志物与CSF p-tau₁₈₁强相关；tau PET meta-ROI SUVR与神经颗粒素和GAP-43中度相关，与SNAP-25无显著相关。通过组间比较发现，A+/T+组三种突触标志物水平显著高于A?/T?和A+/T?组，而A+/T?与A?/T?组无显著差异。
3.1.2 ADNI队列重复分析：通过重复相关分析发现，GAP-43与CSF p-tau₁₈₁强相关、与淀粉样蛋白PET SUVR中度相关、与CSF Aβ₄₂无相关；通过组间比较发现，GAP-43在tau阳性组更高，A+/T+与A?/T+水平相当，tau阴性组较低。

3.2 淀粉样蛋白β与tau独立关联突触生物标志物
3.2.1 GMC队列：通过多元线性回归模型I发现，CSF Aβ₄₂和p-tau₁₈₁均与GAP-43正相关，模型解释81%方差；通过模型II发现，较高p-tau₁₈₁预测较高GAP-43，较高淀粉样蛋白PET Centiloid与较低GAP-43相关，模型解释77%方差；神经颗粒素和SNAP-25呈相同模式。tau PET子组中，tau PET meta-ROI与GAP-43正相关，CSF Aβ₄₂无显著关联；淀粉样蛋白PET Centiloid与tau PET同时纳入时，tau PET呈趋势、淀粉样蛋白PET无显著关联。
3.2.2 ADNI队列重复分析：通过模型I发现，CSF Aβ₄₂和p-tau₁₈₁均与GAP-43相关，解释55%方差；通过模型II发现，较高p-tau₁₈₁预测较高GAP-43，较高淀粉样蛋白PET SUVR与较低GAP-43相关，解释54%方差；敏感性分析结果一致。

3.3 tau介导淀粉样蛋白β与突触损伤的关联：通过中介分析发现，GMC中淀粉样蛋白PET Centiloid至GAP-43直接通路为负，经CSF p-tau₁₈₁间接通路方向相反且更大，总效应为正，呈抑制效应；以CSF t-tau为中介物结果类似；ADNI中直接通路为负、经p-tau₁₈₁间接通路方向相反。由此得出，Aβ与突触标志物的关联大部分为间接关联，并由p-tau₁₈₁统计介导。

讨论总结：讨论指出，突触生物标志物主要与tau相关标志物相关，Aβ可能通过更复杂、更间接的途径影响突触；A+/T?个体无明显突触改变；ADNI中A?/T+组GAP-43高需谨慎解释。CSF p-tau₁₈₁应视为可溶性tau相关过程的指标，而非神经原纤维缠结负荷的直接测量；淀粉样斑块本身可能不直接具有突触毒性，淀粉样标志物在病理确立后趋于平台期，限制其捕捉下游过程的能力。中介分析为横断面证据，支持Aβ主要通过tau相关机制促进突触改变。临床意义在于突触生物标志物可能有助于预后分层和监测抗淀粉样治疗的下游效应；局限包括横断面设计、tau PET样本量有限、p-tau₁₈₁与突触蛋白同为神经元来源且可能共享CSF动态、PET子集选择偏倚、视觉PET读片、GMC未发现A?/T+个体、ADNI中A?/T+占5.7%，以及α-synuclein共病理信息缺失。研究结论翻译：总之，这些结果对理解基于生物标志物的AD模型以及研究和临床环境中突触生物标志物的解释具有意义。研究结果提示，突触生物标志物主要与tau相关过程相关，并可能作为tau相关神经元损伤的指标。这些结果进一步与一个框架一致，即淀粉样蛋白β主要通过tau相关机制促进突触改变。