[摘要]阿尔茨海默病(AD)的病理生理过程在痴呆诊断的多年前就开始了。这一长期的AD“临床前”阶段是治疗干预的关键机会,但需进一步阐明AD的病理级联过程和临床症状出现之间的联系。美国国立老化研究所和AD协会召集了一个国际工作组对AD生物标志物、流行病学和神经心理学的证据进行综述并提出建议,以确定能够预测由“正常”认知到轻度认知功能障碍(MCI)及AD痴呆的最佳预测指标。根据目前已有的主要科学证据,我们提出了一个概念性的框架和用于操作的研究标准,以通过纵向临床研究来验证和改进这些模型。这些建议仅用于研究目的,目前不涉及临床应用。我们希望这些建议能提供一个共识,以推进临床前AD的研究,最终推动更早期治疗干预的进展,使得一些疾病减缓药物的疗效发挥最大。
一、 简介
来自具有遗传风险的人群和临床认知正常老年人的荟萃证据表明,阿尔茨海默病(AD)的病理生理过程(AD-P)在临床诊断为痴呆多年前就开始了。神经影像学、脑脊液分析和其他生物标志物的最新进展提供了在体内检测出AD病理生理过程的证据。针对临床表现正常老年人的新研究数据表明,β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积的生物标志物证据与大脑的功能和结构改变相关,这与在轻度认知障碍(MCI)和AD痴呆患者中见到的异常模式一致。此外,临床队列研究表明,在患者达到MCI诊断标准多年前,就可能检测到非常轻微的认知改变,该改变预示着有进展为AD的可能。然而,同样明确的是,一些有AD病理生理改变过程的老年人终其一生也可能不会出现痴呆症状。因此,能更准确预测从MCI和AD痴呆的临床前期到临床期的生物标志物和(或)认知变化是非常重要的。如果我们能阐明AD-P与出现临床综合征之间的关联,那么AD漫长的临床前阶段将为潜在的疾病缓解治疗提供关键机会。
一篇关于AD发病率对经济影响的报道显示,由于当年的“婴儿潮”,仅在美国就有超过1350万人将会在2050年罹患AD。如能将AD的发病推迟5年,将可使AD患者数目减少57﹪,并将其医疗费用从6270亿美元减少至3440亿美元。其他疾病的筛查和治疗方案,如心血管和脑血管病中的胆固醇筛查、大肠癌中的结肠镜检查,已经降低了这些疾病的死亡率。目前对于一位65岁的老人,AD的终身患病风险约10.5﹪。最近统计模型表明,针对AD-P标志物的筛查工具(敏感度和特异度达90﹪)和一种减缓疾病进展50﹪的治疗手段,能将其患病风险减至5.7﹪。
无论是实验室工作或近期令人失望的临床试验结果,都提出了AD早期阶段进行治疗干预更可能减缓疾病。转基因小鼠模型研究表明,一旦神经元退化开始,Aβ-修饰疗法可能疗效有限。最近几项针对轻度到中度痴呆的临床试验都没有显示出临床益处,即使生物标志物或尸检证据显示Aβ负荷有所减少。虽然临床试验的研究领域已经转移至MCI阶段,但可能如同心脏疾病和癌症一样,AD的最佳治疗时期应在显著认知损害之前,即在AD的“症状前”或“临床前”阶段。二级预防的研究已在规划中,它将治疗“正常”或无症状的个人,或那些存在AD相关的损害细微证据的个体,以延缓临床症状的全面发生。这些临床前研究的总的目的是治疗早期的病理变化(例如,降低Aβ负荷或减少病理性神经原纤维缠结),以防止后续的神经退行性变和最终的认知功能下降。
由于这些原因,我们工作组试图检验那些能定义临床前AD的证据,总结那些能预测由无症状期进展至MCI和AD的生物标志物、流行病学及神经心理的最佳指标。为缩小范围,我们选择专门研究由AD-P所导致的认知功能下降的预测指标。我们未纳入不伴脑病理改变的认知老化及其他常见年龄相关脑病所致的认知下降;然而,我们承认,这些脑病,尤其是脑血管疾病、路易体病以及其他神经变性过程,可能会显著影响AD的临床表现,并可能对AD-P产生影响。尽管有些终生因素和中年期间的危险因素也可能影响晚年发生认知损害的可能性,但考虑到目前研究的可行性,我们选择把重点放在认知损害出现前的10年时间里。
此外,我们提供了一个研究框架以提供一种通用语言,来推进对于AD临床前阶段的科学理解,并为临床前AD阶段的治疗评估提供基础。目前这些标准仅用于研究目的,尚未用于临床或诊断。我们希望这些标准将使研究人员能够进一步描述临床前AD过程中的生物事件顺序,改进能最佳预测临床结局的生物标志物标准,最终有助于选择适当的人群进行临床前干预治疗。
二、 重新定义AD的最早期阶段
“AD”这个术语在一些环境中表示AD的神经病理标准,在另外一些环境下表示渐进的认知和行为损害综合征,特别是在AD痴呆时期。在定义AD的最初阶段时,对“AD”这两个内涵的区别就显得尤为重要。日益明确的是,AD潜在的病理生理过程和它的临床症状最好理解为是一个连续体或者是一个轨道,两者在平行但不同时间段的轨道里发展。
为便于日后可能的症状前或临床前AD的治疗,我们的工作组以及其他两组均认为,将基础病理生理的疾病过程包含在AD的定义里是重要的,而不是让“AD”仅意味着疾病的临床阶段。为了消除术语“AD”的歧义,可将潜在的脑疾病过程证据归为AD-P;疾病的临床阶段归为“AD-临床”(AD-C),这不仅包括AD痴呆,还包括由于AD-P引起的MCI。目前认为AD-P在AD-C出现的几年前就开始了。特别是,来自有遗传风险和老龄化队列研究的新证据表明,在AD病理级联过程开始和临床显著损害发病之间,有可能有一个长达10年或更长的时间间隔。我们假定AD开始于一段长期的无症状阶段,这期间病理生理过程在进展,那些携带早期AD-P生物标志物的个人,发生认知及行为损害并进展为AD痴呆的风险增加。AD-P生物标志物能在何种程度上预测一个认知正常个体的后续临床过程还有待明确,而且我们承认这些人之中有些终生都不会出现临床症状。因此,以下几点是很重要的:⑴更好地定义AD的临床前阶段;⑵确定哪些因素能最佳预测出现临床损害和最终进展为AD痴呆;⑶揭示哪些生物标志物能鉴别出最可能从早期干预中获益的患者。
疾病临床前阶段的概念不应该过于异质化,因为医疗专业人士已经了解到,癌症可在“原位癌”阶段就被检测到,高胆固醇血症和动脉粥样硬化可以导致冠状动脉狭窄,这在心肌梗死前就可检测到。已经得到广泛认可的是,症状对于诊断疾病不是必要的。Ⅱ型糖尿病、高血压、肾功能不全及骨质疏松常常通过实验室检查检测到(即生物标志物),而且有效的治疗可预防症状的出现。因此,我们应开拓思路,即将来可能通过AD-P生物标志物而在临床前阶段诊断AD,最终能在症状开始前指导治疗。
在AD领域的困难是,在无症状个体中任何特异的生物标志物的出现与后续临床症状的出现之间,尚未建立牢固的关联。然而,如果我们能明确健康或MCI个体发展为AD痴呆的风险,及与AD-P相关的临床进程,我们将打开一扇关于疾病修饰治疗干预的重要窗口。虽然我们推测目前最早可检测到的病理变化是以Aβ沉积的形式出现,但Aβ的堆积可能产生AD临床表现是必要但不是充分的条件。认知下降可能将只出现在Aβ沉积加上突触功能障碍和(或)神经退行性变的情况下,包括配对的螺旋丝状tau蛋白形成和神经元丢失。尚不清楚的是,AD的病理改变是否有特定的阈值或区域分布,和(或)是否有特定的生物标志物组合能最佳预测临床症状的出现。证据还表明,额外的因素,如脑和认知储备,以及相反的,其他与年龄有关的脑部疾病的存在,可以调节AD-P和AD-C之间的关系。我们也发现,有些人在尸检时证实存在所有能诊断AD的神经病理学特征,但却终生未出现痴呆症状;尚未可知的是,如果他们活得更长,这些个体是否会表现出临床症状。也有可能是,由于认知或脑储备、保护性遗传因素或环境的影响,一些个体对AD-P有相对的抵抗力。目前,生前生物标志物的最新进展允许我们来检验一个假说,即许多具有AD-P实验室证据的个体确实是处于AD的临床前阶段,并决定哪种生物标志物和认知表现对于随后的临床认知功能下降和AD-C的出现最有预测性。
三、 AD的连续性病程
由美国国立老化研究所和AD协会成立的另外两个工作组,主要致力于在AD-P的基础上进一步研究由潜在的AD-P所导致的MCI和痴呆这两个临床阶段的诊断标准(参见Jack等撰写的绪论)。我们组则致力于针对有早期AD病理改变证据但不符合MCI或痴呆临床标准的个体提出研究建议。很可能甚至连这个临床前阶段也代表了一个连续过程,即从仅携带AD-P生物标志物证据提示可能进展为AD痴呆的完全无症状的个体,到已有非常细微的认知功能下降但尚未满足MCI诊断标准的个体(参见由Albert等撰写的MCI工作组建议)。后一组个体可被归类为“不正常,亦非MCI”,但按照目前标准也包括在临床前AD组中(图1)。重要的是,这种临床前AD的连续过程还包括:⑴携带一个或更多载脂蛋白E(ApoE)ε4等位基因的个体,当他们达到AD-P生物标志物阳性时其AD患病风险显著增加;⑵常染色体显性遗传突变的携带者,当他们处于症状前生物标志物呈阳性的疾病阶段时,他们几乎肯定将会表现出临床症状并进展为痴呆。
我们小组仔细考虑了几个名称来最好地概括疾病的这一阶段,包括“无症状的”,“症状前的”,“潜在的”,“表现前的”和“临床前的”。我们认为,“临床前”这一术语能最好地概括本病进展过程中的这个概念性阶段,但并不意味着所有具有早期AD病理学证据的个体一定会进展为临床AD痴呆。那些生物标志物阳性但认知正常的个人目前可能被定义为“无症状但处于AD痴呆危险中”。事实上,我们的目标是更好地确定在生物标志物阳性个体中良好预测认知功能下降的因素,从而达到对于临床前AD的精确概括。
(图1)
四、 AD病理生理顺序的模型
为了方便AD临床前阶段概念的讨论,我们提出了一个AD病理生理级联的理论模型(图2)。重要的是要了解,尽管是以普遍的证据为基础,这个模型也可能是不正确的,并且肯定是不完整的,需要更多的实验室和临床研究完成后将该模型进一步完善。事实上,这个模型应被视为将多领域研究成果汇集成一个整体的初次尝试。
(图2)
该模型将Aβ的堆积视为AD病理生理过程中的一个关键的早期事件。但是我们承认AD病因仍然不明确;一些研究者认为,突触的、线粒体的、代谢的、炎症的、神经元细胞骨架的以及其他年龄相关的改变,可能在AD病理过程中比Aβ发挥更早期,或者更核心的作用。在散发、晚发AD中,Aβ42加工清除的异常是否是其病因仍存在明显争议。一些研究者认为Aβ聚集成纤维形成可能是对抗寡聚体的一种保护机制,因为寡聚体可能是Aβ更具突触毒性的形式。然而所有已知的常染色体显性遗传性早发AD是由于或至少部分由于淀粉样前体蛋白(APP)生成或剪切异常所致。同样,21三体综合征患者由于在21号染色体上有3个完整的APP编码区拷贝,无一例外均出现AD-P改变。最后,ApoE这个晚发性AD的主要遗传危险因素,会影响Aβ的运输和斑块清除。尸检和生物标志物研究(见后文)都同样提示,Aβ42的堆积(AD最大的危险因素)随着老龄化的进展而增加。目前,把Aβ作为一个发展为AD临床综合征的危险因素与Aβ沉积作为一个AD可以检测的早期阶段相区别是否有意义或者可行还不清楚,因为现有证据表明这两个概念似乎都有道理。
此外,突触消耗、细胞内tau蛋白的过度磷酸化以及神经元丢失总是在AD中发生。同时在尸检中,这些标记与临床损害的关联似乎优于斑块计数或总Aβ负荷。虽然我们在后面展示了“上游”Aβ沉积与“下游”病理改变标志物相关的证据,包括tau蛋白异常、神经功能障碍、胶质激活和神经元丢失及萎缩,但是Aβ沉积是否足够启动AD的下游病理级联还有待证实。这样的神经退行性过程是否与Aβ寡聚体的直接突触毒性、纤维状Aβ所致的轴突联系中断、或者导致突触功能障碍、神经退行性变、神经原纤维缠结及最终神经元丢失导致的“二次打击”是否相关仍然未知。
流行病学资料表明,存在可能会显著改变AD-P临床进展的调节因素,虽然这些因素改变基础病理生理过程本身的证据是不太可靠的。大型队列研究发现,多种健康因素可能增加认知下降或AD痴呆的发病风险。尤其是血管危险因素,如高血压、高胆固醇血症和糖尿病与增加痴呆的风险相关,并有可能直接影响AD病理对老龄化大脑的作用。抑郁症状、淡漠和慢性心理困扰也可能增加MCI和痴呆的风险。尚不清楚是否存在特殊的环境暴露(如头部外伤),可能影响病理生理的进展或病理改变的临床表现。在积极的一面,有证据显示从事某些特定的活动包括认知方面,身体方面,休闲以及社会活动,可能会降低MCI和AD痴呆的风险。
AD-P表现和AD-C出现之间的时间间隔也可能受大脑或认知储备等因素影响。储备的概念最初被引用来解释尸检中发现的AD组织病理学改变不总是与临床损害的程度一致这一现象,并且可被认为是可以忍受更高程度损伤而不出现临床症状的能力。“脑储备”是指大脑耐受病理损伤的能力,也许是因为突触密度较高或者健康神经元数量较多,这种足够的神经基质满足了支持正常功能的条件。相比之下,“认知储备”是指调节其他大脑网络工作或运用认知策略以应对渐进的病理损害的能力。这两种储备方式是不能明确分隔的,因为许多因素,例如较高的社会经济地位或者经常参与刺激认知活动的工作,可以同时促进两种储备方式。当在较低的年龄校正下,较高的教育和社会经济地位一直与AD发病率有关。最近的研究表明,高储备可能主要是导致个人更长时间耐受AD-P的因素,但也可能与到达“临界点”代偿机制开始失效后,认知功能迅速下降有关。
五、 AD的临床前阶段的生物标志物模型
最近已提出一种生物标志物模型,在其中被广泛验证的AD-P标志物被视为异常,并且也以一种有序的方法达到上限,这种生物标志物模型与前面讨论过的AD的病理生理假设顺序相平行,并与追踪临床前AD阶段特别有关(图3)。脑Aβ淀粉样变性的生物标志物包括,脑脊液Aβ42的减少,正电子发射断层扫描(PET)成像上Aβ示踪剂的保留增加。脑脊液tau蛋白升高对AD不是特异的,而被认为是神经元损伤的生物标志物。PET上氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)摄取减少,颞顶叶代谢减低,是AD相关的突触功能障碍的生物标志物。脑结构磁共振成像(MRI)发现内侧颞叶、边缘系统和颞顶叶皮质的特征模式脑萎缩是AD相关的神经退行性变的生物标志物。
(图3)
这一生物标志物模型改编自Jack等提出的原始图形并增加临床前阶段,其具有以下特点:⑴Aβ沉积的生物标志物首先发生异常,之后在临床症状出现前有大量的Aβ累积。Aβ沉积和临床症状之间的时间间隔期还需要被量化,但目前的理论认为这一间隔期可能超过10年。与前面描述的假设性病理生理模型类似,间隔期长短的个体间的差异可能是由于大脑储备、认知储备以及其他共存病理学变化间的差异造成的。请注意,在这种生物标志物模型中,脑Aβ的沉积是必要的,但不足以产生MCI和痴呆的临床症状。⑵突触失能的生物标志物,包括FDG和功能磁共振成像(fMRI)技术,可能可以显示极早期的异常,特别是在ApoEε4等位基因的携带者中,这些人可能在Aβ沉积可测定之前就表现出功能异常。这些突触标志物的严重性及随时间的变化与MCI和AD痴呆的临床症状相关。⑶作为一种神经元丢失的生物标志物,结构性MRI的异常出现稍晚,并且MRI的异常发现与MCI及痴呆临床阶段的表现保持密切的联系。⑷这些生物标志物都不是静态的:每一个生物标志物的变化速度随时间而变化,并遵循一个非线性过程,这被假设成S形。⑸来自影像学生物标志物的解剖信息提供了有用的疾病分期信息,其中疾病相关的影像学异常随着疾病进展以特征性方式而变化。
六、将AD的病理学与早期症状学相联系的生物标志物和尸检证据
很多基于多中心的AD生物标志物的开创性研究正在进行中,包括AD神经影像学研究(ADNI)、澳大利亚老龄化影响、生物标志物和生活方式旗舰性研究(AIBL),以及正在数个科研中心进行的着眼于临床前人群的主要生物标志物研究。上述研究初步提示,生物标志物异常与AD的病理生理过程相一致,并且在显著的临床症状出现前即可检测到,可预测后续认知的功能下降。最近的许多研究都集中在Aβ这一标志物上,包括检测脑脊液Aβ42,或者借助于与纤维样Aβ结合的放射性示踪剂进行PET淀粉显像。这两种监测方法均表明,相当一部分临床上表现正常的老年人有Aβ沉积。“Aβ阳性”的正常个体确切的比例与研究队列的年龄和遗传背景有关,但是范围在20﹪~40﹪,该结果与大规模的尸体解剖观察相一致。此外,有证据证明尸检发现的脑内AD-P与情节记忆有关,即使是在“正常”范围内。更有意义的是,尸检检测到的某一年龄层的“Aβ阳性”的正常个体比例,与10年后诊断为AD的比例相一致(图4)。同样,遗传高危组人群在出现明显的认知损害之前,就已经存在Aβ沉积。以上研究均支持在可检测的AD-P出现与AD-C开始之间有很长的时间间隔这一假设。
(图4)
现在多个小组已经报道,存在低脑脊液Aβ1~42或高PETAβ结合的认知正常的老年人表现出脑内功能网络的破坏及脑容量的减少,这与AD患者中所观察到的改变相似。Aβ阳性者是否也表现为神经心理学测验分数较低,对于这个问题文献报道结果不一。这可能与研究个体处于临床前连续病程的阶段、认知评估方法以及认知储备异质性有关。一些早期的研究提示,Aβ阳性的认知正常老人的脑萎缩比例增加,认知功能减退和进展为痴呆的风险亦增加。在临床正常的老人中,对其他生物标志物的多项研究,包括容积MRI、FDG-PET或血浆生物标志物,同时提示这些指标对认知下降有预测价值。显然,我们需要通过更进一步的纵向研究来证实上述的发现,并选出能最佳预测认知下降可能性和速度的因素组合,并更好地了解认知下降风险的个体差异。
作为以年龄为风险因素的纵向人群研究的补充,研究者继续在认知正常但存在基因风险或合并其他风险的人群(例如有家族史)中检测及追踪与AD发病相关的生理及认知变化。迄今为止,公认的AD遗传危险因素包括常见的ApoE等位基因变异(晚发型AD的主要易患基因)及少见的早发型AD致病突变——早老1、早老2及APP基因突变和21三体综合征。在这些基因的无症状携带者中进行的生物标志物研究显示脑脊液和PET淀粉成像中存在Aβ沉积,其他还有FDG-PET低代谢、fMRI异常及脑萎缩。这些变化均可以先于症状前十多年发生。
七、认知研究
尽管早期预测AD-P的生物标志物具有肯定的研究前景,我们不能忽视也有助于早期诊断的行为学标志物。神经心理学及认知功能老龄化研究显示,随着老龄化进程,信息处理速度和执行功能(工作记忆、任务切换、抑制功能)以及推理能力下降。在痴呆前的多个时间点对认知功能进行评估,提示在痴呆出现前的10年内,情景记忆以及非记忆域的认知功能也在逐渐下降。重要的是,认知功能随时间改变的曲线模型提示,痴呆的临床前状态中不仅有一个长期且缓慢的过程,而且还有一个认知下降的加速过程,大概开始于MCI发生若干年前。最近研究还表明,即使没有显著的客观记忆损害,患者自己觉察到的轻微的认知下降同样可能预示着将来会发生认知减退。尽管已有多项纳入数千人的大型研究,以主观和客观的认知测试来预测进展为AD的风险的愿望仍不能完全实现。对随时间推移发生的认知功能变化的多次评估可能要比任何单次检测更敏感。针对老年人的其他纵向研究,诸如将生物标志物与能敏感检测出轻微认知下降的测试相结合等方面的研究是相当必要的。
八、说明
尽管上述研究提供了令人信服的证据,即在认知“正常”老年人中的Aβ标记与其他在AD痴呆中所见的脑改变相一致,并且这些特异性指标可能能较为准确地预测进展为AD-C的高危人群。我们也要充分认识到这些研究中大部分存在潜在的不确定因素。其中许多都可能存在队列偏倚。尤其是,生物标志物和认知研究均不能代表普遍的老年人群,因为他们通常是“方便的样本”,即志愿者队列往往来自那些教育水平和社会经济地位较高的人群。这些志愿者罹患一些可能影响认知下降并与年龄相关的合并症的几率也较低。愿意参加这样深入研究的老年人可能也携带了“志愿者基因”,他们比一般的老年人更具积极的参与性。另一方面,一部分人因为主观关心自己的记忆功能或有阳性家族史而自我选择参加相关的研究,导致在某些队列中,ApoEε4携带者的比例较高。
同样要注意的是,尽管这些生物标志物的发现已经彻底变革了早期AD领域,但这些标志仅仅是潜在疾病的“表象”,并不能全面反映活体大脑的生物学过程。例如,脑脊液和PET显像中的Aβ标志主要是对纤维状Aβ聚集的估计,并不反映Aβ寡聚体的负荷,而后者可能与突触毒性相关。同样,我们对突触失能的表象测定,如fMRI或FDG-PET,均为神经功能的间接测量。其他的神经退行性变的标志物,如脑脊液tau表达和容积MRI,对于AD的进程并不是特异的。最后,生物标志物与认知状态间的关系可能随着年龄和遗传背景而显著变化。特别是,在高龄老人中,AD-P存在与否与临床症状间存在分离;这一现象值得进一步阐明。
最后,再次强调,虽然Aβ沉积和神经炎斑块形成对明确的AD诊断是必需的,目前的证据亦表明,Aβ聚积是AD病理-临床连续过程中的一个早期的可被检测到的阶段,但是在散发的晚发型AD中,Aβ作为病因学启动因子的作用仍有待证明。可能有Aβ沉积的“上游”的病理生理事件尚未被发现,而且Aβ与神经退行性变之间的关系也尚不清楚。相应地,迄今为止,有效降低Aβ沉积的生物学疗法均不能使AD患者获得临床益处。这也是我们特别关注的方面。因此,不同于Aβ通路的病理生理途经及相应的治疗方法是未来研究的重要思路。
九、AD临床前阶段的可操作性研究框架草案
为了便于今后的研究,我们提出了用于操作的研究标准,来定义有进展为AD风险的研究队列,这些标准适用于:⑴纵向自然病史研究,以确定Aβ标志的出现,无论那是单独的或与其他神经退行性病的标志相结合,对临床上认知正常的老年人的认知功能下降是否具有预测性;⑵针对可能缓解病情药物的临床试验,探讨其对生物标志物演变和(或)对临床症状发生的影响。
我们再次强调,这个框架草案并不适用于临床诊断标准。目前在临床环境中使用这些生物标志物是不合理的,因为很多满足所提出的研究标准的个体,可能终其一生也不会表现出AD的临床特点。目前没有足够的信息将AD的临床前生物标志物与随后的临床进展关联在一起,不适当地使用该框架草案可能会引起不必要的担心。
该研究标准是建立在一个假设的基础之上,即AD的特征是一系列生物学事件在临床诊断为痴呆前就已经开始了。基于遗传高危组和老年队列的研究证据,我们提出假设,即Aβ的堆积,或脑淀粉样变性的阶段,是目前AD的最早的可测量的阶段之一,并且发生在任何认知症状证据之前。我们假设,对于临床上认知正常的老年人,若存在Aβ的“阳性”生物标志物,尤其是同时存在AD-P的其他生物标志物异常时,随后往往会出现AD-C过程及针对AD-P的治疗有效。
认识到AD的临床前阶段代表了一个连续过程,其中某些人可能永远不会超越“Aβ沉积”阶段,表现出认知损害症状。我们进一步推荐下面的分期标准(表1),可能对确定研究队列来验证一些特殊的假说有利。根据这一分期标准,可选择研究队列,以优化确定特异性结果(对既定研究类型如自然病史研究或临床试验很重要)及研究时长的能力。“下游”生物标志物或轻微认知症状的出现并伴随着Aβ的沉积可能增加认知障碍症状迅速出现及几年内发展为MCI的可能性。一个或更多的其他生物标志物的存在表明个体已经发生了早期的神经退行性变。因此,在下游病理过程启动后,淀粉样修饰疗法可能不会特别有效。然而也有特殊情况,如制药工业试验,可能需要一个认知或临床终点,而不是单纯依靠生物标志物结果。在这些情况下,最好增加AD临床前阶段后期的研究对象,其伴有轻微的认知下降,他们可能会较快地在短期内转变为MCI。我们认为,随着新的研究结果的出现,这些分期阶段也可能需要重新界定。而且在这些分期中临床队列纳入的描述的可行性尚不清楚。根据Aβ阳性来招募志愿者,并进行事后分析以确定生物标志物异常的特定组合的预测价值可能是最容易的。该研究标准提出的目的是易化新数据的标准化收集,以更好地定义临床前AD的范围及阐明最有可能进展为AD-C的个体的内显型。
(表1)
㈠ 第一阶段:无症状脑淀粉样变的阶段
这些人有Aβ沉积的生物标志物证据,包括PET淀粉样显像上示踪剂保留增多和(或)脑脊液中Aβ42含量降低,但没有其他提示神经退行性变的脑改变的证据或轻微的认知和(或)行为症状。确认“Aβ阳性”的标准仍在不断发展。虽然最近的研究表明,可能有一个预测从MCI进展为AD痴呆的脑脊液Aβ42划界值,未知的是,在正常或接近正常认知的个体中,是否存在一个类似的阈值来预测认知下降。同样,仍不可知的是,使用PET成像技术,分别对Aβ沉积的皮质区域或特定的解剖区域提供Aβ斑数量阈值是否具有预测价值。最近的数据显示,虽然脑脊液Aβ42表达明显与PETAβ显像的定量测量值(分布值比率或标准摄取值)负相关,也会有一些脑脊液Aβ42减少的个体,PET扫描却没有显示Aβ阳性。现在仍不清楚这一发现是反映了这些技术的阈值标准不同,还是脑脊液Aβ42的减少是比沉积更早期的标志。此外,可能存在特异作用于脑脊液或PETAβ标记的遗传效应。
如前所述,我们注意到目前可用的Aβ的脑脊液和PET成像生物标志物主要提供Aβ聚集及其纤维状形式沉积的证据。尽管有限,但目前数据表明Aβ的可溶性或寡聚物形式与作为后备储蓄的淀粉样斑块处于动态平衡中,目前未知的是,是否有一个可识别的斑块前阶段,在其中只有Aβ可溶性形式存在。由于实验室数据越来越提示,Aβ的寡聚形式可能在病理级联过程中最为重要,所以有关测定脑脊液和血浆Aβ寡聚形式的研究不断增多。也有来自于基因风险队列的新数据表明,根据现有的Aβ标志物,突触的变化可能出现在Aβ沉积之前。因此,在未来可能会发现第一阶段之前的一个疾病阶段。
㈡ 第二阶段:Aβ阳性+突触失能和(或)早期神经退行性变阶段
这些人有Aβ阳性,并存在1个或多个神经元损伤相关的“下游”AD-P标记。目前发现最可靠的神经元损伤的标记是:⑴升高的脑脊液tau或磷酸化tau蛋白;⑵FDG-PET提示脑内AD样代谢减退[即分布在后扣带回、楔前叶和(或)颞顶叶皮质];⑶特定解剖分布(即顶叶后部和中部,后扣带回和后颞叶皮质)范围的皮质变薄或灰质丢失,和(或)容积性MRI上的海马萎缩。将来的标志物可能还包括评价大脑默认网络连接的功能MRI的测定。尽管既往的研究表明,相对于Aβ阴性者,Aβ阳性者在这些标记上多显示为异常,但同样存在明显的个体差异。我们假设伴早期神经退行性变证据的Aβ阳性者,可能处于临床前AD的后期阶段。目前还不清楚检测上述AD-P的其他生物标志物之间的差异是否可行,但有一些证据表明借助FDG-PET和fMRI等功能性影像技术,早期突触失能可能在脑萎缩之间就能观察到。
㈢ 第三阶段:Aβ阳性+神经退行性变的证据+轻微的认知下降
我们界定具有Aβ沉积及早期神经退行性变的生物标志物证据,以及有轻微认知功能减退的个体处于临床前AD的晚期阶段,并且接近MCI临床标准的边缘阶段。即使他们的认知评估处于正常范围内,这些人的认知功能相较于自我基线水平有所下降(尤其是在考虑个体的认知储备时)。研究表明更敏感的认知评估的工具,特别是对情景记忆的评估,有助于在Aβ阳性者中检测到非常轻微的认知下降。关于是否记忆力下降的主诉或其他轻微的神经行为变化将有利于预测认知障碍进展,尚不十分清楚,但将生物标志物和轻微认知变化主观评估相结合将有利于预测。
十、后续研究的重要性
我们为AD临床前阶段的研究提出了一个生物标志物标准的总体框架;然而,需要更多的工作来探索最佳的脑脊液检测及PET或MRI分析技术,特别是研究特异的阈值来符合这些标准。在多中心、多项研究、多个国家的层面上推广标准化生物标志物划界值是一件相当具有挑战性的事情。目前有关体液和影像学生物标志物的划界值的规范和验证正在多个科研和制药工业实验室及多项多中心研究中进行。这些标准需要在大型的多中心自然病史研究中得到验证,或作为预防性临床试验的临时标准。举例来说,建立高重测信度和高跨中心信度的生物标志物监测方法、并描述生物标志物的一系列变化、以及确定何种程度上这些生物标志物预测随后的临床恶化或临床获益,以上几点都是非常重要的。特别是,评估确定“Aβ阳性”的方法是重要的,因为目前还不清楚Aβ沉积是一个生物学相关的连续过程,或者如很多脑脊液相关研究提示的,是否有所谓的阈值来预测临床变化。是否这些阈值应该根据年龄或基因型调整也尚属未知。一旦这些阈值确定后,根据脑脊液或PETAβ成像上的“Aβ阳性”来选择研究队列,并利用其他的生物标志物和认知评估进行归因分析来确定其他的预测值就更加可行了。
虽然近期在生物标志物方面的发现已经极大增强了我们早期发现AD-P的能力,探索新的生物标志物仍然是非常必要的。特别是虽然目前的有关生物标志物的研究提供了有关Aβ沉积的证据,但体内寡聚体形式的Aβ生物标志物将会具有更加重要的价值。神经元内病理的影像标记研究,包括tau蛋白或缠结特异形式及α- 突触核蛋白的特异生物标志物也同样是相当必要的。此外,更敏感的影像学标志物,如fMRI和弥散张量成像,可以发现早期突触功能障碍和功能及结构的脱节,未来有利于追踪降低Aβ疗法的疗效。最后,我们可以应用目前可用的生物标志物作为一种新的“金标准”,来重新评估以往由于临床正常和AD患者存在过度重叠而被放弃的血液及尿液标志物。这些相当大比例的脑脊液和PET显像上“Aβ阳性”的临床正常个体可能对以往试图鉴别“正常”和AD患者的研究造成了混淆。
同样,确定和验证神经心理和神经行为测定方法,以识别AD的早期表现是另一亟需完成的工作。我们需要针对各种认知和行为域,选择敏感的评估方法,以揭示对AD病理改变易感的神经网络中的早期突触功能障碍。我们还需要发现其他领域中更早期的功能变化,包括社会交往、情绪、精神运动功能以及决策制定。这些评估将使我们更好地将病理过程和临床症状联系起来,并有助于在疾病的超早期对潜在的减缓疾病的药物疗效进行监测。
提议的标准主要适用于有痴呆风险的高龄人群,因为要作为常染色体显性突变携带者和纯合ApoEε4携带者的试验的纳入标准可能需要先进行基因状态测定。针对有基因风险人群的试验可能应用上述标准将AD临床前期个体进行阶段区分。在遗传高危队列中,甚至可能检测到症状前AD的更早期阶段,该阶段处于可检测到的脑淀粉样变性之前。一些FDG-PET和fMRI的研究表明,突触功能障碍可能在青年及中年ApoEε4携带者中存在,并可能在Aβ的纤维沉积之前有其他的生物标志物的改变,在该阶段症状前干预治疗反应较好。临床前AD这一概念的提出,以及相关的识别和追踪这一疾病阶段的生物标志物的发现,对开发新药有重要的提示。针对临床前AD的治疗将延缓、降低发病风险,或者彻底阻止临床阶段的发生。正如最近指出的,对这些治疗方法的临床试验进行临床事件节点的观察,将需要大批健康的志愿者、大量的金钱和多年的研究。研究人员提出在AD高危的认知正常的人群中进行新药的研究,可大大缩短研究时间。纳入这些研究中的对象可以包括常染色体显性突变携带者(基本上有100﹪的机会发展为临床AD)或那些有可能发展为散发性AD的个体(例如,ApoEε4携带者或有临床前AD病理学生物标志物证据的对象)。应用生物标志物而不是临床终点,可以加快这些试验的进展;然而,监管机构在批准将生物标志物作为替代终点之前必须确定,用此种生物标志物来预测有临床意义的结果是合理的、可能的。为了提供这种证据,研究的策略就是在发病风险最高的临床前AD人群中使用最有保证的生物标志物,以此在生物标志物效应和AD的临床症状发生之间建立一种联系。我们设想当科学方法和加速的监管批准途径支持多个使用生物标志物来确定研究对象和提供短期结果的临床前AD试验时,以服务于AD临床阶段的有效治疗方法将尽快被找到。一些针对遗传风险和Aβ阳性的老年人新的临床试验正在设计和实施中,包括阿尔茨海默显性遗传网(家族性AD的DIAD研究),老年痴呆的预防行动,及AD合作研究(ADCS)正在考虑中的无症状AD的抗Aβ的治疗(A4)试验。
最后,假设前述的观点是正确的,在AD临床前阶段做出AD“诊断”,需考量伦理和实际操作的问题。基于此,我们的建议仅限于科研范畴,但公众对由AD-P证据来识别无症状个体这一认识还存在诸多争议。特别是在任何研究结果转化为临床应用之前,我们都要反复思考这个令人心酸的问题:“如果无能为力,为什么有人想在可能出现症状的10年前就知道自己患有AD”。首先,有几个重要的原因,包括社会和经济规划。即使缺乏有效的治疗方法,为什么有些人亦希望知晓在未来10年内可能罹患AD的风险。然而,我们希望借助AD-P进行临床前诊断,将有助于开发早期有效的治疗方法,类似于在癌症、心血管疾病、骨质疏松、糖尿病中所应用的临床前治疗所带来的获益。完全有可能的是,当神经退化过程已经形成后,即使一些有前途的药物,尤其是Aβ的修饰剂,亦将无法影响痴呆甚至MCI阶段的AD临床进程,但这些药物可能在AD-P的早期阶段有效。
是否多数有AD-P证据的无症状个人注定要发展为AD痴呆,最能预测认知下降的生物标志物和(或)认知内部显型有哪些,是否在AD的临床前阶段应用疾病修饰治疗可逆转痴呆的进程,诸如这些问题需要10年以上才能给出答案。因此,我们必须迅速行动,验证上述假设,并在新的数据基础上调整我们的模型和研究设计。由于潜在的生物活性治疗可伴有轻微的但显著的副作用,我们需要确定是否有足够的把握来预测认知症状的出现,因此应在无症状个体的治疗中适当权衡风险/收益比。显然,许多问题仍有待回答,其中可能有其他因素会影响进展为临床AD的可能性。然而,过去20年研究的成果使得现在具有战略性的手段来验证上述假说,并将研究的方向着眼于痴呆的早期干预,并最终实现AD的预防。(贾建平 郭起浩 黄丽 陆璐 张逸驰 邢怡译 《美国国立老化研究所与阿尔茨海默病协会诊断指南写作组:阿尔茨海默病临床前阶段的定义》 中华神经科杂志2012年5月第45卷第5期))