為何MTBR-tau243能成為最新的阿爾茨海默病生物標志物

阿爾茨海默病（AD）的兩個決定性特征之一是聚集的不溶性tau蛋白。由于tau蛋白聚集體與臨床癥狀密切相關，因此藥物開發和臨床診斷需要成本效益高且易于獲得的特異性液體生物標志物來追蹤tau蛋白聚集物。然而，最新研究表明，目前可用的液體生物標志物尚無法特異性地監測tau蛋白聚集物。Horie K等人發現，含有第243位殘基的tau微管結合區（MTBR-tau243）是一種新型的腦脊液生物標志物，能夠特異性地反映不溶性tau蛋白聚集體。

1.Tau-PET檢測精準性與局限性并存

隨著對以tau蛋白為靶點的阿爾茨海默病（AD）治療策略興趣的不斷增加，目前迫切需要開發對不溶性tau蛋白聚集體特異且可靠的生物標志物。這些生物標志物對于深入理解AD的病理機制和評估治療效果至關重要。Tau-PET，一種使用放射性配體結合纖維狀tau蛋白的PET技術，能夠反映大腦中不溶性、AD特異性tau聚集體的負荷。Tau-PET成像研究揭示，即使在AD癥狀出現之前的早期階段，不溶性tau聚集體也與認知能力下降密切相關，使其成為目前最精確的AD預后標志物之一。然而，PET成像成本昂貴，且需要復雜的基礎設施支持，限制了其在高度專業化中心之外的應用。相較之下，液體生物標志物成本更低，臨床上更易于獲取和應用。

2.p-tau液體生物標志物非特異性反映tau病理

目前，臨床上廣泛應用的tau液體生物標志物包括N端或中端的總tau（t-tau）以及由tau蛋白第224位殘基附近裂解而產生的磷酸化tau，如p-tau181、p-tau217和p-tau231。在臨床前AD中，這些p-tau的血漿和腦脊液濃度在新皮層中不溶性tau聚集體出現之前就已經升高。因此，這些生物標志物與淀粉樣蛋白斑塊的相關性可能高于與不溶性tau聚集體的相關性。具體例證如下：

①臨床試驗表明，針對清除淀粉樣蛋白斑塊的抗淀粉樣蛋白被動免疫療法能有效減少腦脊液和血漿中的t-tau、p-tau181和p-tau217水平。
②神經病理學和影像學研究也證實了這些液體生物標志物與淀粉樣蛋白斑塊之間的緊密聯系。
③動物研究在具有β淀粉樣蛋白（Aβ）病理的小鼠模型中發現，即使沒有觀察到tau蛋白聚集，腦脊液中的t-tau和p-tau也會增加。

綜上所述，血漿和腦脊液中N端至中部區域的t-tau和p-tau濃度更多地反映了與AD相關的淀粉樣蛋白斑塊病理，而不是不溶性tau聚集物。因此，現有的液體生物標志物并不能特異性地指示AD相關的tau病理。

3.新型AD tau病理特異性液體生物標志物

Horie K等人評估了一種新型的腦脊液生物標志物——MTBR-tau243。這種含有微管結合區（MTBR）的tau蛋白是大腦中不溶性tau聚集體的關鍵成分，而特定的含有第243位殘基的MTBR-tau（MTBR-tau243）在人腦脊液中存在，并與tau PET成像和疾病進展緊密相關。研究表明，MTBR-tau243是預測tau PET指標和認知障礙的最佳生物標志物之一。

4.MTBR-tau243的性能研究

4.1研究對象

實驗參與者源自兩個不同的組：BioFINDER-2和Knight ADRC。BioFINDER-2組共有448名參與者，其中大多數存在認知障礙（281人，占63%）：包括81名認知未受損且Aβ陰性（CU?）個體，79名認知未受損但Aβ陽性（CU+）的個體，90名Aβ陽性的輕度認知障礙（MCI+）患者，102名Aβ陽性的AD癡呆（AD+）患者，以及96名其他類型癡呆（非AD）患者。該隊列參與者的平均年齡為70.9±8.4歲（平均值±標準差），其中女性有221人（占49.3%），APOEε4攜帶者有258人（占57.6%）。

Knight ADRC組則包含219名參與者，其中大多數認知未受損（171人，占78%）：包括83名CU?個體、88名CU+個體、35名MCI+患者和13名AD+患者。該隊列參與者的平均年齡為71.2±6.6歲，女性有112人（占51.1%），APOEε4攜帶者有96人（占43.8%）。

4.2研究方法

采用新開發的免疫沉淀/質譜（IP/MS）技術對腦脊液中的tau蛋白進行定量分析，包括MTBR-tau243以及磷酸化可溶性tau的比例（pT181/T181、pT205/T205、pT217/T217和pT231/T231）。MTBR-tau243的抗體HJ32.11和HJ34.8是通過將tau蛋白的225-242氨基酸序列和226-264氨基酸序列分別與鎖孔帽貝血藍蛋白（KLH）融合后，免疫tau蛋白敲除小鼠得到的。HJ32.11的結合位點靠近243位殘基，而HJ34.8則靠近260位殘基。磷酸化可溶性tau的比例（% p-tau/t-tau）是通過在同一樣本中測量磷酸化肽與非磷酸化肽的比值來計算的。BioFINDER-2組中，淀粉樣蛋白PET和tau PET成像分別使用了[¹⁸F]flutemetamol和[¹⁸F]RO948作為示蹤劑。Knight ADRC組中，參與者的淀粉樣蛋白PET使用了[¹⁸F]florbetapir（也稱為[¹⁸F]AV45）或[¹¹C]PiB，而tau PET則采用了[¹⁸F]flortaucipir（也稱為[¹⁸F]AV1451）作為示蹤劑。

4.3研究結果

4.3.1CSF與PET生物標志物的關聯性

通過應用考慮年齡和性別因素的線性回歸模型，我們評估了CSF中的MTBR-tau243、pT181/T181、pT205/T205、pT217/T217和pT231/T231與淀粉樣蛋白PET和tau PET病理學測量結果之間的相關性。分析不僅涵蓋了所有參與者的數據，還特別針對淀粉樣蛋白陽性亞組（Aβ+）進行了區分。研究結果顯示，與tau-PET病理學測量結果相關性最高的CSF指標是MTBR-tau243的濃度，而與淀粉樣蛋白PET病理學測量結果相關性最高的CSF指標是pT217/T217。盡管pT217/T217與tau-PET也顯示出較強的相關性，但在tau-PET病理學測量結果顯著之前，pT217/T217的值會非線性地大幅上升，一旦tau-PET超過閾值，pT217/T217的值則趨于穩定。這表明pT217/T217主要通過與Aβ病理數量的定量關系與tau病理學測量結果相關聯。

圖1.CSF與PET生物標志物之間的關聯性

注：圖中左側的前兩列展示了BioFINDER-2組中MTBR-tau243和pT217/T217與淀粉樣蛋白-PET（n=268）及tau-PET（n=443）之間的散點圖，顏色根據診斷和淀粉樣蛋白狀態進行區分。通過應用考慮年齡和性別的線性回歸模型，得出β值、P值（星號表示）和R2值。圖的右側分別展示了BioFINDER-2組（n=219）和Knight ADRC組（除pT231/T231外，n均為184）中CSF生物標志物與淀粉樣蛋白或tau-PET之間的標準化β值（βstd）。實線和虛線分別表示所有參與者或僅淀粉樣蛋白陽性參與者的標準化β值（中心點）及其95%置信區間（CI）（BioFINDER-2組：淀粉樣蛋白-PET，n=172，tau-PET，n=287；Knight ADRC組，n=136；除pT231/T231外，其余n=117）。星號（或十字）表示在所有參與者（或僅淀粉樣蛋白陽性參與者）組中，標準化β值最高或有顯著性差異的結果，沒有星號或叉號的生物標志物則表示相關性較弱。

不同Braak階段（包括內嗅區（Braak I）、顳部（Braak III-IV）和新皮質（Braak V-VI））的CSF tau水平與tau-PET之間的相關性分析顯示，在淀粉樣蛋白陽性亞組（Aβ+）中，腦脊液MTBR-tau243與各Braak區域的tau-PET相關性最強（BioFINDER-2組中β值分別為0.85、0.84和0.76；Knight ADRC組中β值分別為0.83、0.84和0.76）。

圖2.CSF生物標志物與不同Braak區域tau-PET的相關性

注：左側展示了BioFINDER-2組中MTBR-tau243和pT217/T217與tau-PET的散點圖。實線和虛線分別表示所有參與者及僅淀粉樣蛋白陽性參與者的標準化β值（中心點）及其95%置信區間（CI）（BioFINDER-2組：n=287；Knight ADRC組，n=136）。

4.3.2CSF生物標志物變化與AD病理的相關性

在BioFINDER-2和Knight ADRC兩個研究組中，研究發現腦脊液中MTBR-tau243的濃度變化與tau病理（通過tau-PET進行評估）之間的相關性更為顯著。同樣，腦脊液中pT217/T217的濃度變化與Aβ病理（通過淀粉樣蛋白PET進行評估）之間的相關性也更為突出。相比之下，腦脊液中pT205/T205的濃度變化與tau病理和Aβ病理之間的相關性沒有表現出統計學上的顯著差異。

圖3.淀粉樣蛋白-PET和tau-PET水平對CSF生物標志物變化的解釋

注：在圖3a和圖3b中，柱狀圖展示了部分R2值，而柱狀圖上方的數值表示BioFINDER-2和Knight ADRC組中部分R²占模型總R²的百分比。對于每個生物標志物和研究組，我們采用個體的CSF生物標志物數據作為因變量，并將淀粉樣蛋白與tau的測量值作為線性回歸模型的自變量，同時對年齡和性別進行了校正，以計算這些R2值。由于潛在的共享方差，這些百分比的總和可能不會達到100%。

4.3.3CSF生物標志物的縱向變化

本研究利用BioFINDER-2組的縱向數據，探討了基于淀粉樣蛋白（Aβ）和tau病理狀態（標記為+和-）的CSF生物標志物變化。研究發現，在5個CSF tau生物標志物中，僅有MTBR-tau243在Aβ陽性但tau陰性（A+T?）組與Aβ和tau雙陽性（A+T+）組之間的變化率表現出顯著增加，這可能意味著MTBR-tau243能夠用于追蹤以新皮層tau聚集為特征的AD癥狀期的縱向變化。

對于其他磷酸化tau（p-tau）生物標志物，包括pT181/T181、pT217/T217和pT231/T231，在從Aβ陰性且tau陰性（A-T-）到Aβ陽性且tau陰性（A+T-）的轉變過程中，其增長率顯著增加；而在從A+T?到A+T+的轉變過程中，增長率并沒有顯著增加或降低。這表明，當不溶性tau聚集體開始在新皮層沉積時，這些p-tau指標的變化率可能在疾病晚期趨于穩定或下降。因此，傳統的p-tau指標可能并非直接反映AD中tau病理學變化的理想指標。

圖4.基于基線淀粉樣蛋白和tau狀態的縱向CSF生物標志物變化

注：本研究利用BioFINDER-2組的縱向數據，分析了基于淀粉樣蛋白（Aβ）和tau病理狀態（標記為+和-）的腦脊液（CSF）生物標志物變化。在時間交互作用顯著的情況下，通過線性混合模型對不同組別（A?/T?、A+/T?和A+/T+）的CSF生物標志物縱向變化軌跡進行比較。淀粉樣蛋白狀態通過CSF中Aβ42/40比值來評估，而tau病理狀態則通過tau-PET成像來確定。各組的縱向變化軌跡以箱線圖形式呈現，這些箱線圖基于線性混合模型生成（中間的帶表示中位數，下端和上端的鉸鏈分別對應第一和第三四分位數，須線表示最大值/最小值或距離鉸鏈1.5倍四分位數范圍的值，取兩者中較小的一個）。采用Kruskal-Wallis檢驗來評估所有組之間的差異，并進行成對Wilcoxon檢驗以進行事后比較。星號表示雙側檢驗的P值，P<0.001；^*P<0.050；^**P<0.010；^***P<0.001；未對多重比較進行校正。

圖5.基于基線“A”和“T”狀態的縱向CSF生物標志物變化軌跡

注：本圖展示了BioFINDER-2組中縱向腦脊液（CSF）數據。圖中描繪了基于基線淀粉樣蛋白（A）和tau（T）狀態的個體（以陰影線表示）和群體（以粗線表示）CSF生物標志物水平隨時間的變化軌跡。與參考組（A-T-）之間的統計學差異通過相應顏色的星號標識；^*表示p < 0.05，^**表示p < 0.01，^***表示p < 0.001。淀粉樣蛋白陽性的參與者是根據之前驗證的CSF Aβ42/40臨界值（CSF Aβ42/40 < 0.08）來確定的。tau陽性的評估是基于meta-ROI區域中tau-PET的標準化攝取值比（SUVR），其中Braak I-IV階段的SUVR >1.32被認定為tau陽性。

4.3.4CSF、PET生物標志物與MMSE評分的相關性

研究團隊評估了BioFINDER-2和Knight ADRC組中CSF和PET生物標志物與簡易精神狀態檢查量表（MMSE）評分之間的相關性，并運用了控制年齡、性別和教育年限的線性回歸模型進行分析。研究發現，在所有參與者以及淀粉樣蛋白陽性參與者中，tau-PET與MMSE評分的相關性超過了任何CSF生物標志物。其中，MTBR-tau243是CSF生物標志物中與MMSE評分相關性最強的（BioFINDER-2組中β=-0.65，95%置信區間為-0.74至-0.57；Knight ADRC組中β=-0.54，95%置信區間為-0.67至-0.42，兩者的P值均小于0.001）。特別值得關注的是，MTBR-tau243與tau-PET在與MMSE評分的相關性上沒有顯著差異，這表明CSF中的MTBR-tau243有可能作為tau-PET在臨床應用中的一個有效替代指標。

圖6.CSF生物標志物與MMSE評分之間的相關性

注：A）和B）分別代表BioFINDER-2和Knight ADRC組的數據，散點圖的顏色編碼依據診斷和淀粉樣蛋白狀態進行區分。在BioFINDER-2組中，橙色圓點標識了MCI（輕度認知障礙）陽性參與者；而在Knight ADRC組中，橙色圓點則代表非常輕度AD患者。淀粉樣蛋白陽性的參與者是根據先前驗證的CSF Aβ42/40臨界值來確定的（BioFINDER-2組中CSF Aβ42/40<0.08，Knight ADRC組中CSF Aβ42/40<0.0673）。

4.4結論

無論是在探討腦脊液（CSF）生物標志物與tau-PET和MMSE評分的相關性，還是考察CSF生物標志物濃度差異及其縱向變化與病理狀態的關聯，MTBR-tau243均顯示出與tau病理學的緊密聯系。研究證實，CSF MTBR-tau243特異性反映了發生AD進展晚期的聚集性tau病理的變化，并與臨床和認知癥狀相關。建議將MTBR-tau243作為不溶性tau聚集體病理（T）的液體生物標志物，取代常用的p-tau，用于評估AD tau蛋白病及獨立于淀粉樣蛋白效應的藥物治療效果。

參考文獻

Horie K, Salvadó G, Barthélemy NR, et al. CSF MTBR-tau243 is a specific biomarker of tau tangle pathology in Alzheimer's disease[J]. Nat Med, 2023, 29(8): 1954-1963.

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