在多元化人群中，血浆和神经影像学生物标志物与小血管疾病和阿尔茨海默病的关系：MESA研究

1. 领域背景与文献

文献英文标题：Plasma and neuroimaging biomarkers of small vessel disease and Alzheimer"s disease in a diverse cohort: MESA；

发表期刊：Alzheimer"s Dement；影响因子：未公开；研究领域：阿尔茨海默病生物标志物，神经退行性疾病合并脑小血管病研究。

领域共识：血浆生物标志物因微创、可及性高，目前已逐步应用于阿尔茨海默病及相关痴呆的病因研究、病情监测和风险预测，常与磁共振成像、正电子发射断层扫描等神经影像技术联合使用。现有研究已证实淀粉样蛋白、磷酸化tau、神经退行性变相关血浆生物标志物可有效检测阿尔茨海默病病理改变，部分标志物准确性已满足临床应用需求。

当前领域仍存在多个未解决的核心问题：第一，现有研究大多关注血浆阿尔茨海默病生物标志物与核心病理（淀粉样蛋白沉积、tau缠结、神经退行性改变）的关联，很少评估这些标志物与老年人常见脑小血管病影像特征（如脑微出血、白质损伤）的关系，而脑小血管病是认知损伤的重要独立病因，且常与阿尔茨海默病共病，其生物标志物对理解血管因素的致病作用十分关键。第二，现有研究人群大多以非西班牙裔白人为主，缺乏不同种族、民族、社会经济背景人群的验证数据，少数研究发现不同种族血液阿尔茨海默病生物标志物预测脑淀粉样负荷的能力存在差异，但未充分探讨不同种族中血浆生物标志物与阿尔茨海默病、脑小血管病其他生物标志物关联的一致性。第三，已有研究证实共病会影响血浆生物标志物的产生和清除机制，且有研究在白人队列中发现共病会影响磷酸化tau生物标志物水平，但尚未在其他种族人群中验证这一结论，而少数族裔人群心血管代谢共病患病率更高，共病导致的诊断偏差问题更为突出。

本研究基于上述研究空白，利用多种族动脉粥样硬化研究（MESA）韦克福里斯特大学分中心的长期纵向队列数据，在非西班牙裔白人和黑人人群中分析血浆阿尔茨海默病生物标志物与共病、脑小血管病、神经退行性改变、淀粉样病理神经影像生物标志物的横断面关联，明确不同生物标志物的病理特异性，为多样化人群中阿尔茨海默病血浆生物标志物的临床应用提供依据，具备重要的学术价值和临床指导意义。

2. 文献综述解析

作者对现有研究的评述逻辑围绕研究人群特征、研究关注的病理类型两个核心维度展开，首先梳理了血浆阿尔茨海默病生物标志物的现有研究进展，再指出不同维度的研究局限性，最终引出本研究的必要性。现有研究已明确，血浆淀粉样蛋白、磷酸化tau、神经退行性变相关标志物可检测阿尔茨海默病病理改变、监测疾病进程、预测未来痴呆风险，因此目前已被逐步纳入研究和临床实践，常与神经影像技术联合应用。但现有研究存在明确局限性：一方面，多数研究未关注血浆阿尔茨海默病生物标志物与脑小血管病的关联，忽略了两种疾病共病背景下生物标志物的病理意义；另一方面，现有研究人群代表性不足，少数族裔数据极度缺乏，虽已有研究报道不同种族在阿尔茨海默病生物标志物特征上存在差异，但未明确这种差异是否由共病患病率差异导致，也未验证不同种族中生物标志物与病理关联的一致性。

本研究的创新价值十分明确，区别于既往单一人群、仅关注阿尔茨海默病核心病理的研究，本研究首次在包含黑人和白人的多样化队列中，同时分析了六种血浆阿尔茨海默病生物标志物与阿尔茨海默病核心病理、脑小血管病影像标志物的关联，明确了共病尤其是慢性肾病对关联的影响，填补了多样化人群中血浆生物标志物临床应用的研究空白，为不同人群阿尔茨海默病的精准诊断提供了重要的人群证据，也为后续多中心大样本研究提供了研究框架。

3. 研究思路总结与详细解析

本研究的研究目标是明确多样化人群中血浆阿尔茨海默病生物标志物与脑小血管病、阿尔茨海默病神经影像生物标志物的关联，核心科学问题是血浆阿尔茨海默病生物标志物是否同时反映脑小血管病病理改变，这种关联是否受种族和共病的影响，技术路线遵循“提出研究假设→队列人群筛选→多维度数据采集→统计分析验证→结论总结”的完整逻辑闭环，研究设计严谨，混杂因素控制充分。

3.1 研究人群筛选与基线信息采集

实验目的：从MESA长期队列中筛选符合要求的受试者，采集人口学、临床和基因基线信息，为后续分析提供基础。方法细节：本研究纳入MESA研究第六次检查（2016-2018）韦克福里斯特大学分中心的受试者，所有受试者在2000-2002年基线入组时无临床心血管疾病，采集的信息包括基线教育年限、自我报告性别和种族、检查年龄、吸烟状态、体重指数、估计肾小球滤过率，同时检测基线脱氧核糖核酸的载脂蛋白E基因型，定义携带至少一个ε4等位基因为载脂蛋白ε4携带者，所有研究方案均获得当地伦理委员会批准，所有受试者签署知情同意书。结果解读：最终共251例受试者符合所有分析条件，其中69%为认知未受损，27%为轻度认知障碍，4%为可能痴呆，不同认知状态组在年龄、性别、种族、估计肾小球滤过率、载脂蛋白ε4携带率上存在统计学差异，轻度认知障碍和痴呆组年龄更高、估计肾小球滤过率更低、载脂蛋白ε4携带率更高（P<0.05，n=251），符合老年人群认知障碍的基线特征。文献未提及具体实验产品，领域常规使用生化分析仪检测肾功能，聚合酶链反应方法检测基因型。

3.2 认知状态评估

实验目的：对所有受试者进行标准化认知状态分级，为分组分析提供准确依据。方法细节：采用统一数据集第三版神经心理测验组合对受试者进行全面认知检测，同时收集受试者功能能力评分、阿尔茨海默病家族史、用药史、健康史，由临床医生评估内科疾病和症状，完成神经系统检查，最终由包含神经心理学家、老年科医生、神经科医生的共识小组依据已发布的标准化标准对认知状态进行分级，分为认知未受损、轻度认知障碍、痴呆三类。结果解读：分级结果符合老年人群认知障碍的患病率分布特征，为后续不同认知状态组的生物标志物差异分析提供了可靠的分组基础。文献未提及具体实验产品，领域常规使用标准化神经心理测验工具完成评估。

3.3 血浆生物标志物检测

实验目的：定量检测多种血浆阿尔茨海默病相关生物标志物的水平。方法细节：采集受试者第六次检查储存的血浆样本，检测的生物标志物包括β淀粉样蛋白42/β淀粉样蛋白40比值、胶质纤维酸性蛋白、神经丝轻链、磷酸化tau181、磷酸化tau217、磷酸化tau231，所有检测均在Quanterix单分子阵列HD-X平台完成，血浆样本进行2倍稀释，β淀粉样蛋白42、β淀粉样蛋白40、神经丝轻链、胶质纤维酸性蛋白采用商业化的四因子试剂盒检测，磷酸化tau采用已发表的成熟方法检测，每次实验前后采用三个内部质量控制样本评估实验内和实验间的信号变异，保证检测稳定性。结果解读：成功获得所有251例受试者的血浆生物标志物定量数据，检测稳定性符合研究要求。实验所用关键产品：Quanterix的Single molecule array (Simoa) HD-X平台、Neurology 4-Plex E试剂盒。

3.4 多模态磁共振影像采集与处理

实验目的：获得脑小血管病和神经退行性改变的影像生物标志物。方法细节：采用3T西门子Skyra扫描仪搭配32通道高分辨率头线圈完成扫描，采集T1加权三维磁化强度预备梯度回波序列用于计算灰质体积和皮质厚度，采集T2加权液体衰减反转恢复序列用于定量脑白质高信号体积，采集神经突方向分散度与密度成像用于计算自由水体积分数，采集磁敏感加权成像/定量磁敏感图用于观察脑微出血。影像处理采用FreeSurfer软件计算全脑颅内体积校正后的双侧海马体积、总灰质体积和颞叶感兴趣区平均皮质厚度；采用病变生长算法分割脑白质高信号，计算颅内体积校正和对数转换后的总脑白质高信号体积；提取全脑幕上白质和灰质的平均自由水体积分数；由训练有素的神经放射科医师按照STRIVE标准读片，二分类记录脑微出血和腔隙性脑梗死的存在与否，最终将影像生物标志物分为神经退行性变/神经炎症类和脑小血管病类两类。结果解读：成功获得所有251例受试者的合格磁共振影像数据，其中236例获得脑微出血和腔隙性梗死的读片结果，认知障碍组神经退行性改变更显著，灰质体积更低、海马体积更小、皮质厚度更薄、灰质自由水更高（P<0.01，n=251），认知分组间脑小血管病损伤指标无显著统计学差异，符合老年人群共病分布特征。文献未提及具体实验产品，领域常规使用开源影像处理软件完成上述分析。

3.5 淀粉样蛋白正电子发射断层扫描采集与处理

实验目的：获得脑内淀粉样蛋白沉积的定量结果，作为阿尔茨海默病核心病理的金标准参照。方法细节：对177例受试者采用[11C]匹兹堡化合物B进行淀粉样蛋白正电子发射断层扫描，先进行计算机断层扫描衰减校正，注射约370MBq示踪剂后40-70分钟采集图像，采用Centiloid方法处理数据，以全小脑为参考区域获得全球Centiloid值，以12.2作为淀粉样蛋白阳性的阈值，该阈值对应阿尔茨海默病神经病理学中中度至频繁神经炎性斑块负荷。结果解读：177例有扫描数据的受试者中，轻度认知障碍和痴呆组淀粉样蛋白阳性率显著高于认知未受损组（P<0.001，n=177），符合阿尔茨海默病病理分布特征，为验证血浆生物标志物与淀粉样病理的关联提供了可靠参照。文献未提及具体实验产品，领域常规使用定制合成的放射性示踪剂完成扫描。

3.6 统计学分析

实验目的：分析血浆生物标志物与各类神经影像生物标志物的关联，校正混杂因素并评估种族、共病等因素对关联的效应修饰。方法细节：分析前对所有血浆生物标志物进行log2转换，使得参数估计代表生物标志物水平翻倍的效应，采用多变量广义线性模型分析关联，模型1校正年龄、性别、种族、教育，模型2在模型1基础上额外校正载脂蛋白ε4携带状态、吸烟状态、体重指数、估计肾小球滤过率，分析共病、年龄、种族、性别、载脂蛋白ε4对关联的效应修饰，同时排除44例严重慢性肾病（估计肾小球滤过率≤60mL/min/1.73m2）受试者进行敏感性分析，探索性分析以P<0.05为显著性阈值，同时采用本杰明尼-霍奇伯格错误发现率法进行多重比较校正，校正后P<0.023认为具有统计学显著性。结果解读：本研究统计设计充分控制了混杂因素，分层分析和敏感性分析明确了共病对关联的影响，结果可靠稳定。文献未提及具体分析软件，领域常规使用R、SPSS等统计软件完成分析。

4. Biomarker研究及发现成果

本研究涉及的生物标志物分为血浆生物标志物和神经影像生物标志物两类，血浆生物标志物包括六种功能不同的类型，分别是淀粉样蛋白相关的β淀粉样蛋白42/β淀粉样蛋白40比值，神经炎症相关的胶质纤维酸性蛋白，神经轴索损伤相关的神经丝轻链，以及三种tau病理相关的磷酸化tau亚型（磷酸化tau181、磷酸化tau217、磷酸化tau231）；神经影像生物标志物包括脑淀粉样沉积（正电子发射断层扫描）、神经退行性改变（海马体积、灰质体积、皮质厚度）、脑小血管病改变（脑白质高信号、白质自由水、脑微出血、腔隙性脑梗死）。本研究的筛选验证逻辑为：基于现有研究确定候选血浆生物标志物，在包含黑人和白人的多样化队列中，通过横断面分析验证候选标志物与已经公认的神经影像金标准生物标志物的关联，同时分析种族和共病对关联的影响，明确不同标志物的病理特异性。

本研究的生物标志物验证过程如下：血浆生物标志物来源于受试者外周血浆样本，采用高灵敏度的单分子阵列技术定量检测，神经影像生物标志物来源于多模态磁共振成像和淀粉样蛋白正电子发射断层扫描，最终在251例受试者中完成血浆和磁共振检测，177例完成正电子发射断层扫描检测。核心数据结果显示，认知分组比较中，痴呆组β淀粉样蛋白42/β淀粉样蛋白40比值低于认知未受损组和轻度认知障碍组，其中痴呆与认知未受损比较比值比为0.027（95%CI 0.003-0.263，P=0.002，n=182），痴呆与轻度认知障碍比较比值比为0.051（95%CI 0.005-0.523，P=0.012，n=76）；痴呆组胶质纤维酸性蛋白、磷酸化tau217、磷酸化tau231水平高于认知未受损组，轻度认知障碍组磷酸化tau217水平高于认知未受损组（P<0.05），神经丝轻链和磷酸化tau181水平在认知分组间无统计学差异。校正混杂因素后的关联分析显示，更低的β淀粉样蛋白42/β淀粉样蛋白40比值与更低的灰质体积、更低的海马体积和更高的脑微出血患病率相关（P<0.05，对应样本量分别为232、232、231）；更高的胶质纤维酸性蛋白与更低的海马体积和更高的脑白质高信号体积相关（P<0.05，对应样本量分别为232、231）；更高的神经丝轻链与更低的灰质体积、更低的海马体积、更高的灰质自由水、更高的脑白质高信号体积、更高的白质自由水相关（所有关联P<0.05）；所有三种磷酸化tau亚型均与更高的白质自由水呈正相关（P<0.05，n=224）；磷酸化tau217和磷酸化tau231与更高的脑淀粉样沉积和更高的淀粉样蛋白阳性几率相关，磷酸化tau217和磷酸化tau231水平翻倍分别对应2.64倍和2.21倍的淀粉样蛋白阳性几率（P<0.001和P=0.006，n=177）。本研究发现黑人和白人受试者血浆生物标志物水平无显著差异，血浆生物标志物与影像标志物的关联在两组间也具有相似性，排除严重慢性肾病受试者后，部分神经退行性变和脑小血管病相关关联不再显著，但淀粉样正电子发射断层扫描的关联保持不变。

本研究的核心成果可总结为：明确了不同血浆阿尔茨海默病生物标志物同时反映阿尔茨海默病核心病理和脑小血管病病理改变，其中β淀粉样蛋白42/β淀粉样蛋白40比值、磷酸化tau217对阿尔茨海默病淀粉样病理的特异性更高，而神经丝轻链、胶质纤维酸性蛋白同时反映神经退行性变和脑小血管病损伤，所有磷酸化tau亚型均与脑白质微结构损伤相关。本研究首次在多样化队列中证实了磷酸化tau亚型与脑小血管病影像标志物的关联，提示临床应用血浆阿尔茨海默病生物标志物时需要考虑共病尤其是脑小血管病和慢性肾病对结果的影响，同时本研究未发现黑人和白人群体中血浆生物标志物特征和关联的显著差异，为不同种族人群的临床应用提供了初步的人群依据，本研究所有结论均基于大样本队列分析，结果可靠，样本量范围为177-251例，统计学结果符合原文报告。