《自然·医学》：阿尔茨海默病研究重大进展！跨越60年的研究发现治疗AD的三个时间窗口

众所周知，阿尔茨海默病（AD）的病理变化在症状出现前的几十年就开始了。

然而，除了Aβ和tau蛋白的变化之外，我们对临床前AD的病理变化仍知之甚少，这显然阻碍了AD治疗药物的研发。

今天，埃默里大学医学院Erik C. B. Johnson团队在《自然·医学》上发表的一项重磅研究成果[1]，打破了这一困局，让我们对AD发病前数十年前的病理变化有了清晰的认知。

Johnson团队在之前研究的基础上，探索了常染色体显性阿尔茨海默病（ADAD）患者脑脊液在连续60年中的变化情况，发现了AD进展过程中相关蛋白的变化情况。

总体来看，在出现临床症状的30年前，与Aβ斑块相关的SMOC1蛋白就在脑脊液中升高，随后是突触蛋白、代谢蛋白、轴突蛋白和炎症蛋白发生变化，最后是神经分泌蛋白的减少。

在上述研究数据的基础上，Johnson团队认为，至少有三个关键时期可以对阿尔茨海默病进行治疗干预：（1）认知症状出现前30年，Aβ斑块开始形成的时间；（2）认知症状出现前19年，轴突和白质完整性问题发生的时间；（3）认知症状出现前6年，炎症反应开始的时间。

论文首页截图

虽然阿尔茨海默病的临床前阶段很长，但是要研究这个阶段的病理变化非常不易。因为很多有阿尔茨海默病病理特征的人，最终并不会表现出阿尔茨海默病的临床症状。

为了解决这个问题，Johnson团队选择了ADAD这个群体。ADAD表现出家族遗传性，往往携带APP、PSEN1或PSEN2等基因突变，他们的估计发病年数（EYO）可以相对准确地估算出来，因此ADAD相关基因突变的携带者适合作为症状前AD的研究对象。

在本研究中，Johnson团队招募了286个ADAD相关基因突变携带者和184个非携带者，并用选择反应监测质谱（SRM-MS）连续检测他们脑脊液（CFS）中59个AD病理蛋白的变化（从症状前30-40年到症状后20-30年，间隔是0.5年）。与此同时，他们还采用了去年发表的一项研究成果，将AD患者大脑中超8600个蛋白的表达情况分为44个模块[2]，用于解释59个蛋白的潜在影响。

根据AD患者大脑基因表达情况划分的44个功能模块[2]

在Johnson和他的同事看来，只要能将这59个蛋白质与相关模块联系起来，就能够将这些蛋白质的变化与多种不同的AD病理过程联系起来，并估计这些蛋白质生物标志物在疾病过程中的变化时间和方式。

从检测结果来看，在59个蛋白中，有33个在ADAD相关突变携带者和非携带者之间存在差异，其中大多数蛋白质在症状出现之前就发生了变化。

接下来就是研究最重要的部分了，Johnson团队根据这33个蛋白质在AD进程中发生变化的时间，按照先后顺序给它们排了顺序，然后根据它们的影响分成五大类，并解析了每一类变化的特征（如下图所示）。

AD进展过程中重要蛋白（深黑色）的变化时间和幅度

咱们先来看第一类（影响Aβ斑块/基质组），也就是上图中最上面的那一类。

从图中可以看出，在症状出现之前的29年，脑脊液中SMOC1这个蛋白的水平就开始升高了，而且在整个病程中持续升高。重要的是，SMOC1水平的升高竟然先于脑脊液中Aβ42或Aβ42/40绝对水平的显著下降，更是早于pTau181和pTau217水平的升高。要知道，脑脊液中Aβ42或Aβ42/40的显著下降与大脑中Aβ斑块的形成有关[3]。这似乎暗示，SMOC1的升高与Aβ斑块升高同时发生，或者更早。

再来看第二类：影响突触变化/糖酵解代谢/应激反应。

这一类包含的蛋白质比较多，例如14-3-3家族的YWHAZ（1433Z）、YWHAB（1433B）和YWHAG（1433G）等。尽管14-3-3蛋白在症状出现前26至22年时显著升高，但它们的水平直到症状前第8年时才开始迅速升高。有意思的是，神经丝轻链（NEFL）大约也是在症状前第8年开始升高的。

另一个值得关注的是影响糖代谢的蛋白变化，这些蛋白的早期升高并不持续，大约在症状出现前17年时达到峰值，随后降到与非携带者相当的水平，直到症状发作前后再次升高。值得注意的是，早期糖代谢变化与其他几个蛋白质标志物（PGRN、GOT1、GMFB和PEBP1）的升高有关。Johnson团队认为，这些变化反映了早期的代偿性神经保护反应。

接下来是第三类影响白质和轴突完整性的蛋白，第四类影响免疫激活/代谢失调/认知能力下降的蛋白，以及第五类影响皮质萎缩/突触和神经元损伤/糖代谢和功能衰退的蛋白。

第三类的变化从症状出现前的19年开始出现，先是总tau（t-Tau）和pTau205水平升高，随后c-sTREM2的可溶性裂解形式（与小胶质细胞活化有关）轻度升高，最后在症状出现前10年NEFL开始升高。第四类变化大约从症状出现前6年开始。第五类的变化已经进入症状阶段，患者开始出现脑萎缩，神经元和神经分泌蛋白也减少。

标志物变化的曲线图

在研究的最后，Johnson团队评估了33个变化蛋白区分ADAD携带者和非携带者的能力。他们发现，与Aβ和tau相比，SMOC1和蛋白质组的表现都更好，尤其是在AD的无症状临床前阶段。这意味着，这些蛋白质组数据对AD的分型和分期非常重要，或可用于指导AD的精准治疗。

总的来说，Johnson团队的这项研究成果让我们对阿尔茨海默病的病理变化有了更深入/清晰的认知。他们认为，针对每一类病理变化开展的治疗干预，在这些病理变化发生之前、发生之时或临近发生之时可能最为成功；因此，根据这项研究成果，至少有三个关键时期（如文章开头所言）可以对阿尔茨海默病进行治疗干预。

除了以上的价值之外，这个研究还指出了一些潜在的治疗靶点。例如，第一类蛋白变化指向的M42基质组蛋白（Aβ是其中之一）之中，除了Aβ之外，可能还潜藏着其他驱动AD的靶点。因此，围绕M42基质组蛋白的研究，有可能找到治疗AD的新靶点。

参考文献：

[1].Johnson, E.C.B., Bian, S., Haque, R.U. et al. Cerebrospinal fluid proteomics define the natural history of autosomal dominant Alzheimer’s disease. Nat Med, 2023. doi:10.1038/s41591-023-02476-4

[2].Johnson ECB, Carter EK, Dammer EB, et al. Large-scale deep multi-layer analysis of Alzheimer's disease brain reveals strong proteomic disease-related changes not observed at the RNA level. Nat Neurosci. 2022;25(2):213-225. doi:10.1038/s41593-021-00999-y

[3].Campbell MR, Ashrafzadeh-Kian S, Petersen RC, et al. P-tau/Aβ42 and Aβ42/40 ratios in CSF are equally predictive of amyloid PET status. Alzheimers Dement (Amst). 2021;13(1):e12190. doi:10.1002/dad2.12190