神经疾病专题系列分享（一）“记忆的橡皮擦”——阿尔茨海默症

一、疾病介绍

我们日常生活中最常见、为人所熟知的痴呆症，也叫阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD），痴呆症中比例最高的疾病，它是一种包括记忆、思维、判断和学习能力在内的精神功能缓慢、渐进的衰退。

截至2021年，中国阿尔茨海默病及相关痴呆（ADRD）患者总数已达到1699万，占全球病例数的29.8%，病例数、死亡数和疾病负担（DALYs）均居全球首位。并且随着老龄化的加速发展，60岁及以上人群中痴呆患病率正逐渐上升。根据国际阿尔茨海默病协会（ADI）数据，世界上每3秒钟就有一个人患上阿尔茨海默病。

阿尔茨海默病是一种起病很缓慢的、进行性发展的脑部退行性疾病，其中记忆力减退是阿尔茨海默病最早、最主要的认知能力损害表现，后期也影响语言、情绪、运动和生理功能。病理特征是老年斑块和神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles, NFT），并伴有进行性神经变性。斑块是主要由淀粉样蛋白β（aβ）肽组成的细胞外聚集体，而NFT是富含过度磷酸化tau蛋白的细胞内包涵体。各种形式的Aβ在体外和体内都会诱导细胞功能障碍和毒性。AD的其他常见病理体征包括胶质增生、炎症、血脑屏障（BBB）破坏、代谢紊乱、内吞和细胞降解途径改变以及DNA损伤升高。

图1 阿尔茨海默病不同发展阶段及其症状

近年来，AD的研究重心正从单一的神经元机制转向更全面的视角，强调多种脑细胞的核心作用。除神经元外，星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞及血脑屏障细胞通过构成“三方突触”、介导免疫应答、提供营养支持和清除毒素等机制，共同维持大脑稳态。这些非神经元细胞的功能失调是AD神经变性的关键推动因素，但其具体贡献尚待阐明。

图2 人脑细胞类型及其在AD中表现出的改变

图3 阿尔茨海默病表型中的磁共振成像研究。

二、AD临床治疗的困境

1. 药物选择和疗效限制：

当前临床用于治疗AD的药物，主要围绕“改善症状”与“干预病因”两大核心方向构建，各有其定位与局限。目前主要使用抗精神病药物，但存在严重的副作用风险，包括嗜睡、代谢紊乱、甚至增加死亡风险，且疗效并不稳定。虽迎来靶向Aβ的单克隆抗体（如仑卡奈单抗、多奈单抗）获批，但依然陷于疗效、安全性与可及性的多重困境。这些药物虽能显著清除脑内Aβ斑块，并延缓认知下降（仑卡奈单抗延缓27%，多奈单抗延缓35%），但其临床意义有限——仅能将疾病进展延迟约8-10%，还伴随脑水肿（ARIA-E） 与微出血（ARIA-H） 等风险。在中国，年治疗费用高达15-22万元人民币，远超普通家庭承受能力。

2. 诊疗体系准备不足：

AD的早期诊断率极低（中国约70%患者未被确诊），且有效治疗时间窗狭窄。在基层医院和日常诊疗中，诊断仍高度依赖临床表现和神经心理量表。这导致测试结果的主观性强，容易受其他因素影响和误诊；并且量表能够明确诊断常常意味着患者处于轻中度阶段，已错过最佳的干预期。

脑脊液检测和Aβ-PET被视为诊断的“金标准”，但此类检测手段价格昂贵或是有创。血液生物标志物（如p-tau、Aβ42/40）检测技术突破可望实现早期筛查，但其标准化与普及尚需时日。如何让患者在安全、可负担的条件下，在疾病早期获得精准诊断与有效干预，这一课题仍是全球医疗系统面临的严峻挑战。

3. 共病管理困境：

AD患者多为老年人，常同时患有心脑血管病、糖尿病、高血压等慢性病。共病治疗使用多种药物，复杂的用药方案会增加AD患者的依从性困难和不良反应风险。并且其他疾病的治疗方案可能与AD相互影响，例如过于严格的控制血糖，可能因低血压或低血糖事件而加剧认知障碍，形成治疗矛盾。

三、新技术注入新活力

面对AD诊断的重重迷雾，仅仅依赖现有技术的优化恐难实现根本性突破。正是在这一背景下，邻近条形码分析（Proximity Barcoding Assay, PBA）技术的兴起，为这一领域注入了新的活力。该技术通过将待测蛋白信号转化为可扩增的DNA条形码，巧妙地融合了免疫检测的特异性与PCR技术的超高灵敏度，这不仅为在症状出现前捕捉到微弱的生物标志物信号提供了可能，更有望构建一个高效、低成本的AD早期精准诊断新路径。

3.1 PBA技术简介

邻近条形码分析（PBA）是一种新兴的空间多组学技术，其核心原理是利用DNA条形码对生物样本中空间相邻的生物分子进行标记与编码。该技术通过设计带有独特DNA序列的抗体或探针，当它们与目标蛋白或核酸在物理空间上足够接近时，会在连接酶的作用下生成一个包含双方位置信息的“邻近条形码”。

随后，通过高通量测序对所有这些条形码进行读取和解码，即可在单次实验中无偏倚地重建出成千上万种生物分子在原始样本中的精确空间分布与互作关系。与传统的免疫组化或批量测序相比，PBA的核心优势在于能够在不破坏组织空间结构的前提下，实现超高plex的多靶点、单细胞分辨率分析，直接捕获细胞微环境中的分子网络。

图4 PBA技术原理

3.2 PBA在AD诊断中的应用前景

——绘制AD病理的“空间分子图谱”

    传统技术难以同时观察Aβ斑块、神经纤维缠结、神经炎症以及神经元丢失等多种病理特征在同一脑区的相互关系。PBA技术可以一次性检测数十种乃至上百种关键蛋白（如Aβ、p-tau、炎症因子、突触蛋白） 的表达和空间分布。通过分析，能够精确回答：在出现早期Aβ沉积的脑区，其周围是哪一类小胶质细胞被激活？星形胶质细胞的反应是什么？哪些特定的神经元亚型最容易发生tau蛋白病理并死亡？这将为理解AD的发病序列和细胞特异性脆弱性提供前所未有的视角。

——发现新型诊断生物标志物组合

    AD具有高度的异质性，而单一的生物标志物（如Aβ）在诊断和预后判断上存在局限。利用PBA对AD患者死后脑组织或脑脊液细胞进行分析，可以筛选出具有诊断特异性的空间分子特征。例如，发现某种特定的小胶质细胞状态总是与快速进展的Tau病理并存。这些由多个分子构成的空间特征谱，可以作为新型生物标志物，指导开发更精准的血液或脑脊液检测 panel，用于疾病的早期诊断和亚型分型。

——解析“三方突触”的病理动态

    突触功能障碍是AD认知衰退的直接原因。PBA技术是解析“三方突触”（神经元-星形胶质细胞-小胶质细胞）在AD中动态变化的理想工具。它能同时检测突触前/后蛋白、星形胶质细胞的谷氨酸转运体以及小胶质细胞的突触修剪信号，从而在空间上揭示AD中突触丢失的具体分子机制，为开发针对突触保护的疗法提供精确靶点。

3.3 案例解读

体液中细胞外囊泡的表面蛋白分析和亚型揭示了阿尔茨海默病的非脑脊液生物标志物

Cai等人于2024年发表在 Journal of Extracellular Vesicles 的研究，利用PBA技术，对多种易于获取的体液（如尿液、口腔/眼/鼻冲洗液）中的细胞外囊泡（EV） 进行单颗粒水平的表面蛋白分析。成功绘制了AD相关的EV表面蛋白图谱，并发现尿液EV 具有最高的诊断潜力。鉴定出一个特定的尿液EV亚群，其标志性蛋白组合（PLAU, ITGAX, ANXAI）能够在盲法数据集中以高达88%的准确度区分AD患者与认知正常对照。不仅为AD的无创、精准诊断提供了极具前景的新型生物标志物，更开创了通过解析EV异质性来攻克复杂疾病诊断难题的新范式。

研究结果：

1. EV表面蛋白谱具有高度特异性：

不同来源的体液（如尿液、鼻灌洗液、血液）中的EV，其表面蛋白谱存在显著差异，并且与AD病理状态（AD vs. 对照）相关。

这证明体液EV的蛋白谱不仅能反映其组织来源，也能承载疾病的分子特征。

2. 小鼠模型中的早期诊断潜力：

在APP/PS1小鼠中，尿液EV的诊断表现最佳。即使在3月龄（尚无明显病理表型时），基于机器学习模型的诊断AUC已达约0.70（越接近1，诊断正确率越高），并随年龄增长和疾病进展上升至0.85。

研究发现多个与AD相关的EV蛋白，如CLDN5、CLDN12等，并且其中一些蛋白（如FGB2, CD26）的表达水平与小鼠脑内的Aβ负荷显著相关，验证了其病理相关性。

图5 差异表达的EV表面蛋白用于AD模型诊断（小鼠）。

3. 人类患者中的验证与突破：

在人类样本中，尿液EV再次展现出最高的诊断潜力。单个蛋白ITGA4即可区分AD与对照（AUC=0.8），且其水平与患者的MMSE和MoCA-B认知评分负相关。组合多个标志物可进一步提升诊断准确性，尿液EV中2-5个蛋白组合的AUC高达0.888。

图6 人类AD相关EV亚群

4. 单EV分析与诊断效能的飞跃：

通过单EV分析，研究者将总EV群体划分为多个亚群。

• “批量”分析（将所有EV混在一起）在人类样本中的诊断准确度有限（AUC ~0.6-0.7），提示了人群和EV本身的异质性。

• “靶向”特定EV亚群后，诊断准确性实现质的飞跃。其中一个尿液EV亚群（Cluster 3），以其特征性蛋白PLAU、ITGAX和ANXA1构建的诊断模型，在盲法测试集中达到了88%的准确度（AUC=0.875）。

这个发现表明，只有特定的、与疾病相关的EV亚群才是最佳的诊断生物标志物来源。

结果讨论：

研究证实了从“批量分析”转向“单EV水平下的靶向亚群分析”是提高液体活检诊断效能的必由之路。该研究将尿液作为AD无创诊断生物标志物来源的突出优势，其诊断表现甚至优于血液，这为开发居家筛查工具提供了可能。

生物学意义：所发现的关键诊断标志物并非随机，而是具有坚实的生物学基础。例如，ITGAX是疾病相关小胶质细胞的标志物，ANXA1参与Aβ清除和神经炎症调节，PLAU与晚发型AD遗传相关。这强烈提示，所鉴定的尿液EV亚群很可能起源于大脑中激活的免疫细胞（如小胶质细胞），并反映了大脑内的核心病理过程。

研究下一步还需要验证EV亚群和特征蛋白在更大的人类队列中的诊断或疾病监测潜力，并确定它们的细胞起源和它们代表或指示的生物学过程。

未来展望：

PBA技术与AD研究的深度融合，将为临床实践带来革命性变化。

? 诊断层面

基于PBA对尿液等非侵入性体液中特定EV亚群进行精准分子分型，其诊断准确率可媲美甚至超越部分传统侵入性方法。未来的核心任务是将这些发现转化为可在临床推广的标准化检测试剂盒，实现对AD核心病理过程的超早期、高灵敏度监测。

? 机制探索与精准医疗层面

PBA技术将成为解析AD异质性的“显微镜”。借助PBA我们能够动态描绘AD进展的个体化分子轨迹，从而定义不同的疾病内型（Endotypes）。这不仅能够揭示驱动疾病进展的关键信号通路，更能为靶向治疗（如Aβ抗体、tau抑制剂等）的患者筛选、疗效评估及耐药监测提供实时、动态的生物标志物，真正实现“量体裁衣”式的精准医疗。

? 治疗干预层面

PBA技术有望催生全新的诊疗一体化策略。所鉴定的疾病特异性EV表面蛋白本身可能成为新的药物靶点。同时，这些携带特定表面标记的EV亚群，因其天然的血脑屏障穿透能力和细胞靶向性，未来或可被工程化改造，作为递送治疗药物的载体，直击病灶。

PBA与AD的结合，远不止于提供一个新的检测工具，它更是一个强大的探索引擎，将全方位推动我们对AD的理解、诊断、治疗与预防，最终改变这一毁灭性疾病的临床管理图景。

参考文献

[1] Penney J, Ralvenius WT, Tsai LH. Modeling Alzheimer's disease with iPSC-derived brain cells. Mol Psychiatry. 2020 Jan;25(1):148-167. doi: 10.1038/s41380-019-0468-3.

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[4] Cai Y, Chen T, Cai Y, Liu J, Yu B, Fan Y, Su J, Zeng Y, Xiao X, Ren L, Tang Y. Surface protein profiling and subtyping of extracellular vesicles in body fluids reveals non-CSF biomarkers of Alzheimer's disease. J Extracell Vesicles. 2024 Apr;13(4):e12432. doi: 10.1002/jev2.12432.

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