阶段依赖性β-Synuclein连接阿尔茨海默病中的MRI和认知衰退

《Annals of Clinical and Translational Neurology》：Stage-Dependent β-Synuclein Links MRI and Cognitive Decline in Alzheimer's Disease

　　

目的：突触退化驱动阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）中的认知衰退，但突触生物标志物稀缺。脑富集β-突触核蛋白（β-synuclein）作为突触损伤标志物出现。研究人员调查了其在整个AD连续谱中的诊断、预后和结构相关性。方法：在一个三级医疗中心队列（n=306）中，测量了脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）β-synuclein。包括认知正常（cognitively unimpaired, CU）、AD-MCI（mild cognitive impairment with CSF AD pathology）、AD痴呆（AD dementia, ADD）和非AD（FTD、PD、DLB及其他）组。采用协方差分析（analysis of covariance, ANCOVA）比较各组（年龄/性别校正）；受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic, ROC）评估诊断性能。多变量回归检查了2年简易精神状态检查（Mini-Mental State Examination, MMSE）下降的关联。体素交互模型评估了β-synuclein与灰质体积（gray matter volume, GMV）的关系。结果：CSF β-synuclein在各组间存在差异（p<0.001），在AD-MCI中观察到最高水平，在ADD中水平较低。AD-MCI水平超过CU和ADD。AD-MCI与CU的曲线下面积（area under the curve, AUC）为0.874。基线β-synuclein预测AD-MCI（β=0.72，p<0.001）和ADD（β=0.47，p=0.017）中更大的MMSE下降。体素分析揭示了中央前回和颞顶区阶段依赖性的β-synuclein-GMV逆转。结论：CSF β-synuclein在整个AD连续谱中呈现阶段依赖性模式，预测认知衰退和动态结构耦合。这支持β-synuclein作为AD中相关突触生物标志物。

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是进行性神经退行性疾病，经典病理特征为淀粉样蛋白-β（amyloid-β, Aβ）斑块和过度磷酸化tau蛋白构成的神经原纤维缠结。然而，突触丢失和退化已被确定为与认知衰退和疾病严重程度最密切相关的病理标志。突触功能障碍发生在疾病早期阶段，包括临床前AD和轻度认知障碍（mild cognitive impairment, MCI），常早于明显的神经元丧失。因此，理解AD病理生理学需要关注A/T/(N)系统之外的机制，包括可能在神经元死亡前长期存在的早期突触功能障碍。随着疾病修饰疗法的出现，迫切需要能够检测早期突触损伤、追踪疾病进展和监测治疗反应的新型生物标志物，超越传统的淀粉样蛋白和tau指标。尽管淀粉样蛋白和tau生物标志物取得进展，但捕获活动性突触损伤的工具仍然有限，突触生物标志物可能成为分子病理与临床表现之间的关键桥梁。

β-突触核蛋白（β-synuclein）是一种14-kDa的突触前磷蛋白，是α-突触核蛋白的同源物，在中枢神经系统中高度且特异性地表达，尤其在丘脑、小脑、新皮层、海马和纹状体中。不同于可能存在于外周组织中的其他突触标志物，β-synuclein具有高度脑特异性，使其成为基于液体生物标志物研究的有前景候选物。既往研究普遍报道AD患者脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）和血液中β-synuclein水平升高，反映突触成分在损伤后释放到细胞外空间。此外，新证据表明β-synuclein可能作为AD的早期指标，在显著神经退行性变或认知障碍发生前的临床前阶段即可检测到升高。然而，β-synuclein在AD连续谱中的效用日益被认可，但其在更广泛神经退行性疾病中的特异性仍需充分阐明。重要的是，β-synuclein是反映AD特异性突触损伤还是更普遍的神经退行性过程仍不清楚。近期研究表明，β-synuclein在AD和克雅氏病（Creutzfeldt-Jakob disease, CJD）中显著升高，而在其他疾病如额颞叶痴呆（frontotemporal dementia, FTD）、帕金森病（Parkinson's disease, PD）和肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）中相对稳定。然而，很少有研究在同一队列中同时评估AD、认知正常个体和各种非AD神经退行性综合征中的CSF β-synuclein。此外，新证据表明β-synuclein可能与脑结构变化相关，如血清β-synuclein水平升高与脑萎缩显著相关，尤其在AD连续谱中的颞叶区域。本研究旨在调查一个大型临床队列中CSF β-synuclein在整个AD连续谱和其他神经退行性疾病中的表现，并确定其诊断性能、与经典AD生物标志物的关系，以及对认知衰退和神经退行性变的预后价值。研究人员开展了组间比较、与既定生物标志物的关联评估、MCI阶段AD诊断性能评估，以及基于交互分析的体素水平与区域灰质萎缩关系探索。研究假设CSF β-synuclein反映突触损伤，在AD连续谱中升高，能够区分AD与非AD神经退行性疾病，并与纵向认知衰退和区域神经退行性变相关，且提供超越经典生物标志物的补充信息，反映突触功能障碍而非核心淀粉样蛋白或tau病理。该研究论文发表在《Annals of Clinical and Translational Neurology》。

研究人员为开展研究使用了以下主要关键技术方法：样本队列来源于伊斯坦布尔大学医学院神经科三级转诊中心的行为神经病学和运动障碍单元，共纳入306名参与者，包括认知正常（CU）27例、无AD病理MCI（nAD-MCI）24例、AD-MCI 60例、AD痴呆（ADD）73例、FTD 55例、PD 47例、路易体痴呆（dementia with Lewy bodies, DLB）10例及其他痴呆10例。CSF β-synuclein水平通过RayBiotech Human Synuclein-beta ELISA试剂盒测量，并进行了线性、平行性、重现性等分析验证。CSF核心生物标志物（Aβ42、pTau181、总tau [tTau]和神经丝轻链 [neurofilament light chain, NfL]）使用INNOTEST试剂盒定量。在MRI亚组中（CU 24例、AD-MCI 23例、ADD 24例、PD 29例、FTD 17例），使用3-Tesla MRI系统获取高分辨率T1加权结构像，并通过CAT12.9工具箱进行基于体素的形态学分析（voxel-based morphometry, VBM）。统计方法包括：协方差分析（ANCOVA）比较组间差异，受试者工作特征曲线（ROC）评估诊断性能，多变量线性回归分析基线β-synuclein与2年MMSE下降的关联，以及体素全因子交互模型结合簇水平家族误差校正（family-wise error, FWE）评估组别与β-synuclein对灰质体积（GMV）的交互作用。

研究结果如下：

3.1 人口学和临床特征：队列共306名参与者（148名女性，158名男性），平均年龄64.2±9.78岁，平均MMSE 22.8±6.07。各诊断组在年龄和MMSE评分上存在显著差异（p<0.001），性别分布无差异。

3.2 CSF β-synuclein在各诊断组中的水平：经年龄和性别校正的ANCOVA显示，CSF β-synuclein水平在各组间存在显著差异（F[7,294]=3.55, p<0.001, partial η²=0.079）。事后FDR校正分析显示，AD-MCI组β-synuclein水平显著高于CU组（pFDR=0.008）和ADD组（pFDR=0.005），与PD组相比存在趋势（pFDR=0.061）。其他配对比较未达显著。β-synuclein水平在早发型（<65岁）与晚发型（≥65岁）AD之间无差异。

3.3 CSF β-synuclein的诊断性能：AD-MCI与CU的区分中，未校正ROC的AUC为0.724（95% CI 0.593–0.854），最佳截断值29.8 pg/mL，灵敏度90%，特异度55.6%。经年龄和性别校正后，AUC提升至0.874（95% CI 0.784–0.964），最佳概率截断值0.58，灵敏度91.7%，特异度77.8%。AD-MCI与非AD神经退行性疾病组（FTD、PD、DLB等）的区分中，未校正AUC为0.669（95% CI 0.589–0.748），校正后AUC为0.762（95% CI 0.693–0.831），最佳截断值32.62 pg/mL，灵敏度85%，特异度46.7%。额外调整病程未显著改变模型性能。

3.4 与核心AD生物标志物的关系：在整体队列中，经年龄和性别校正的多变量回归显示，较低CSF Aβ42水平与较高β-synuclein浓度显著相关（β=?0.005, p=0.003），而pTau和总tau无独立关联。年龄呈微弱正相关（p=0.011）。在AD-MCI和ADD亚组中，β-synuclein与核心AD生物标志物无显著关联。

3.5 纵向认知衰退：基线CSF β-synuclein水平与基线MMSE无横截面关联。但在AD-MCI组（n=52）中，较高基线β-synuclein独立预测了更大的2年MMSE下降（标准化β=0.72, p<0.001；调整R²=0.354），在ADD组（n=59）中同样如此（标准化β=0.47, p=0.017；调整R²=0.160）。二次回归模型以MMSE作为疾病严重程度连续指标，显示MMSE与β-synuclein显著相关（β=0.41, p=0.017），但二次项不显著（β=?0.005, p=0.806）。

3.6 MRI分析：MRI亚组与无MRI亚组在CU、AD-MCI、ADD和FTD组中年龄、性别、MMSE评分和病程无显著差异。但CSF β-synuclein水平在ADD和FTD组的MRI亚组中显著低于无MRI亚组（ADD: 21.9±4.0 vs. 37.4±7.2 pg/mL, p<0.001；FTD: 24.8±8.3 vs. 36.5±7.1 pg/mL, p<0.001）。PD组中MRI参与者年龄更小（59.8±11.7 vs. 71.1±6.1岁, p<0.001），但MMSE、性别和β-synuclein水平可比。

3.7 组×β-synuclein交互作用对灰质体积的影响：体素全因子分析发现了显著的组×β-synuclein交互效应。在AD-MCI>CU对比中，右侧中央前回（right precentral gyrus）出现显著簇（簇大小751体素，峰值T=4.44, pFWE=0.008）。在ADD>AD-MCI对比中，右侧颞上回/颞中回（superior/middle temporal gyri, STG/MTG）交界处出现第二个交互簇（簇大小719体素，峰值T=4.22, pFWE=0.037）。事后ROI分析显示，在右侧中央前回，CU组β-synuclein与GMV呈负相关（β=?0.0034, p=0.0024），而AD-MCI组呈正斜率，表明早期AD阶段结构-生物标志物关系发生逆转。在右侧STG/MTG簇中，AD-MCI组β-synuclein与GMV呈弱负相关（β=?0.0018, p=0.24），而ADD组呈显著正相关，表明痴呆阶段关系进一步转变。

讨论部分总结：本研究对CSF β-synuclein在AD临床谱系和多种非AD神经退行性综合征中的表现进行了全面评估。主要发现包括：（1）阶段依赖性模式，AD-MCI中β-synuclein水平高于CU和ADD；（2）在AD组内与核心AD生物标志物相对独立；（3）突触标志物与GMV关系的阶段依赖性逆转。这种模式可能反映早期活动性突触损伤和蛋白释放，而晚期突触池耗竭导致释放减少，与“突触耗竭”假说一致。β-synuclein在AD-MCI与CU的区分中表现出高准确性（校正AUC=0.874），并能有效区分AD-MCI与非AD组（校正AUC=0.762）。β-synuclein独立于Aβ和tau病理，提供关于突触状态的独特信息。基线β-synuclein预测纵向认知衰退，使其成为有价值的预后工具。MRI交互分析揭示了阶段依赖性的结构-生物标志物耦合逆转，提示突触蛋白释放动力学比简单线性萎缩模型更复杂。研究结论：CSF β-synuclein作为AD相关突触功能障碍的早期生物标志物，呈现阶段依赖性模式，MCI阶段水平最高，痴呆阶段下降，可能反映突触池限制。其独立于核心AD病理并能预测纵向认知衰退，支持其作为补充生物标志物。结构-生物标志物关系的阶段依赖性逆转表明突触蛋白释放动力学比先前理解的更复杂。这些发现支持β-synuclein用于早期诊断、患者分层和潜在试验结局标志物。超灵敏血液检测的进展使血浆β-synuclein测量成为可能，但其是否反映CSF中的阶段依赖性模式仍需未来研究验证。