0 引言

       阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）作为痴呆的主要类型，现已成为全球第五大死亡原因^[1]。AD的主要发病机制是大脑中淀粉样蛋白斑块的沉积及过度磷酸化tau蛋白的神经纤维缠结^{[2, 3]}。由于AD缺乏有效的治疗手段，AD的早期诊断和进展监测十分重要^[4]。正电子发射断层扫描（positron emission tomography, PET）和脑脊液生物标志物检测可揭示AD病理进展，但具有价格昂贵、有辐射性或侵入性的缺点，难以广泛应用。

       MRI显示的脑结构、功能及代谢改变可以反映AD特定的病理发生发展模式^[5]，现已成为检测AD进展不可或缺的生物标志物，且MRI具有非侵入性、简便及安全的优点，应用前景广阔。此外，越来越多的证据表明，血浆生物标志物（plasma biomarkers）对于AD的诊断具有重要的辅助作用，可以提示AD病理改变的特征和模式，目前研究较多的生物标志物包括淀粉样蛋白β（amyloid-β, Aβ）、tau蛋白、胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）及神经丝轻链蛋白（neurofilament light, NfL）等^{[6, 7]}。血浆生物标志物从分子层面将病理产物进行量化，与神经影像学指标及临床认知功能相结合，能够在降低操作难度和成本的前提下，全方位多层次地揭示AD的病理表现与发病机制。因此，本文就AD主要的血浆标志物及其与MR脑影像、认知功能的关联展开综述，有望对AD的诊断预测及病理机制研究提供新思路。

1 血浆Aβ及其与MR脑影像和认知功能的关联

       Aβ斑块的沉积被认为是AD病程中的一个关键因素。淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）被β分泌酶和γ分泌酶错误水解后，裂解生成不同肽链长度的Aβ单体，包括Aβ37、Aβ38、Aβ40、Aβ42等^[8]，Aβ单体进一步聚合形成寡聚体，最终生成Aβ斑块损伤神经系统。目前血浆检测研究较多的是Aβ40和Aβ42，Aβ42/Aβ40也是一种常用的指标，它在生物学上降低了可疑病例中的差异，提高了AD诊断的准确性^[6]。

       SIMRÉN等^[9]对103名AD患者、107名轻度认知障碍（mild cognitive impairment, MCI）患者及99名正常对照（normal control, NC）老年人进行了血浆Aβ检测发现，与NC组和MCI患者相比，AD患者Aβ42/Aβ40降低，一定程度上反映了Aβ斑块的沉积，但没有发现Aβ42水平的升高。SHAHID等^[10]也发现类似的结果。为了验证血浆生物标志物在中国汉族人群中的普适性，GAO等^[11]展开了中国多中心队列研究发现，控制性别、年龄及载脂蛋白E（Apolipoprotein E, APOE）ε4后，与NC组相比，AD组的Aβ42/Aβ40比值显著降低，然而与MCI组相比无显著性差异。上述不同队列的结果提示Aβ42/Aβ40比值相比单一Aβ42或Aβ40水平的测定更具诊断价值，其降低与AD的发生发展相关，然而血浆Aβ对AD的诊断性能相对较低，这也与其他多项研究结果一致^{[12, 13]}，反映出血浆Aβ作为标志物的局限性和困境。

       多项研究对血浆Aβ与脑MRI指标间的关联进行了诸多探索。SIMRÉN等^[9]使用基于体素的形态学分析（voxel-based morphometry, VBM）方法，发现AD患者的Aβ水平与灰质体积相关，尤其是Aβ42和Aβ42/Aβ40与眶额叶皮层灰质萎缩有一定相关性，此外，在1年的随访中，虽然局限于正常认知组，Aβ42与Aβ42/Aβ40的纵向变化与后扣带皮层和前额叶皮层灰质萎缩相关。HSU等^[14]运用图像分析方法计算了内侧颞叶萎缩的MTA评分，发现AD患者Aβ42/Aβ40与MTA评分中度相关，但与简明精神状态检查（Mini-Mental State Examination, MMSE）评分无相关性。这些相关性研究表明血浆Aβ虽然对于AD的诊断性能不够理想，但依旧在一定程度上能够反映脑萎缩进展，且可以捕捉AD谱系疾病相关的病理生理变化。然而最新一项研究中，SCHINDLER等^[15]基于阿尔茨海默病神经影像行动计划（Alzheimer's disease neuroimaging initiative, ADNI）数据库，分别以4家不同的公司检测的血浆Aβ42/Aβ40数值预测整个队列认知减退程度以及包括内嗅皮层、梭状回、海马旁回、颞中回、颞下回和角回的联合感兴趣区的皮质厚度，与其他血浆标志物相比，Aβ42/Aβ40的曲线下面积（area under the curve, AUC）最低。血浆Aβ对AD的诊断性能欠佳，一个可能的原因是目前的检测方法对Aβ不够敏感，其结果受检测平台影响较大^[16]。上述研究普遍使用单分子免疫阵列（single molecule array, Simoa）方法检测血浆Aβ，对比传统的ELISA技术，Simoa的敏感性大幅提高，但其诊断准确性受队列差异与检测使用的抗体对等影响^{[17, 18]}。另一方面，血浆中的Aβ不全是脑源性的，这使其难以替代脑脊液Aβ作为可靠的生物标志物^{[19, 20]}。LI等^[19]在中国SILCODE队列中检测了血浆神经元衍生的细胞外囊泡内的Aβ水平，发现其中的 Aβ42和Aβ40水平在AD谱系中逐渐升高，Aβ42在基线期与内嗅皮层体积及MMSE、蒙特利尔认知评估-基础版（Montreal Cognitive Assessment-Basic, MoCA-B）评分显著相关，并在1年左右的纵向随访中预测了内嗅皮层的萎缩和认知衰退。虽然脑内Aβ斑块的沉积是AD诊断的必备条件，但由于血脑屏障的阻拦及外周神经元释放Aβ等因素的影响，目前血浆Aβ水平与实际淀粉样蛋白沉积情况的一致性还不够可靠。上述研究获得的结果不一，如何改善血浆Aβ的检测方法并提高敏感性还需要未来进一步研究。

2 血浆tau蛋白及其与MR脑影像和认知功能的关联

       AD疾病进展的另一关键因素是tau蛋白的聚集。大量过度磷酸化的tau蛋白聚集，起始于经内嗅皮层，依次扩散至内嗅皮层、边缘结构乃至新皮层^[21]，导致大脑区域神经纤维缠结（neurofbrillary tangles, NFTs）形成，诱导突触丧失并损伤神经网络功能。含有NFTs的退化神经元分泌tau蛋白，导致脑脊液和血浆tau蛋白水平升高^[22]。目前有几种血浆标志物可以反映NFTs和tau病理，包括总tau蛋白（total tau, t-tau）和磷酸化tau蛋白（phosphorylated tau, p-tau），后者又包含p-tau181、p-tau217、p-tau231等。

2.1 总tau蛋白

       在几项纵向研究中^{[9, 23]}，研究者发现相较于NC和MCI，AD患者的血浆t-tau水平更高，并与纵向认知水平下降的速度呈正相关。然而，在SUGARMAN等^[24]平均时长5年的纵向随访中，t-tau并不能改善NC与MCI患者或MCI与AD患者之间诊断模型的AUC，也不足以预测MCI向AD的进展。

       RAJAN等^{[23, 25]}对1327名65岁以上的AD疾病谱人群进行了1.5 T MRI扫描并分割出脑室体积，平均10年的纵向观察发现基线t-tau与第三脑室容积扩大速度呈正相关。在MATTSSON等^[26]过去的一项研究中，他们纳入了ADNI纵向队列和瑞典BioFINDER横向队列，使用ELISA检测方法，ADNI队列中更高的血浆t-tau与脑室容积扩大及海马萎缩速度加快相关，但相关性较弱，在BioFINDER队列中并没有发现任何相关性，这种差异可能与实验室及试剂盒批次的不同有关。一项基于神经突方向离散度和密度成像（neurite orientation dispersion and density imaging, NODDI）衍生的海马亚区微观结构的研究发现，AD患者t-tau水平与下带和海马CA4-DG区的方向扩散指数（orientation dispersion index, ODI）呈显著负相关，而在MCI患者中没有发现任何相关性^[10]，但由于技术的局限性，该研究没有进一步将CA4-DG区分出来。LAING等^[27]发现，血浆t-tau在各个诊断组（包括NC，MCI，AD）中与基于T1WI、T2WI及质子密度加权成像计算得到的脑白质高信号体积呈正相关，且这种相关性在AD组中最显著，这提示缺血或低灌注损伤与tau病理之间有一定内在联系。

       综合来看，血浆t-tau在宏观与微观层面都与AD脑结构改变有所关联，但这种相关性并不够稳定，且在AD早期展现的价值似乎欠佳。此外，t-tau反映脑内神经元缠结的严重程度，而其他病理因素，例如低灌注损伤，可能影响血浆中t-tau的水平^[28]。未来应该考虑脑血管共病及其他神经变性疾病对血浆t-tau的影响，研发敏感性和特异性更高的检测技术。

2.2 磷酸化tau蛋白

       目前研究最多的是p-tau181，使用Simoa检测，与NC和MCI相比，AD患者血浆p-tau181水平提高^{[9, 29]}，此外，进展为AD的MCI患者的基线p-tau181水平明显高于疾病状态稳定的MCI患者。值得注意的是，与非AD痴呆（包括额颞叶痴呆、血管性痴呆等）相比，AD患者血浆p-tau181水平更高^{[30, 31]}。

       多项研究发现血浆p-tau181水平与AD易损区域的皮质厚度和灰质萎缩相关。GAO等^[11]的中国多中心队列研究发现，AD患者p-tau181水平与大脑不同区域的皮质厚度呈负相关，特别是在额叶、枕叶和颞叶，颞上皮质厚度的纵向变化与较高的血浆p-tau181水平显著相关。SIMRÉN等^[9]的纵向研究发现，较高的基线血浆p-tau181与内侧和外侧颞叶的灰质萎缩显著相关，p-tau181水平纵向升高与内侧、外侧颞叶及后扣带回灰质体积呈显著负相关，其他研究支持了这一结果，并发现p-tau181水平与梭状回、岛叶及壳核体积等呈显著负相关^{[30, 32]}。此外，SALAMI等的纵向研究中使用了静息态和任务态功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI），AD风险基因APOE ε4携带者p-tau181水平的上升与静息态海马功能连接（functional connectivity, FC）增加及情景记忆任务态海马编码相关活动降低相关，提示tau蛋白沉积诱导了记忆任务中海马局部网络的断裂^[33]。上述研究共同提示血浆p-tau181可以识别和跟踪与AD神经变性相关的病理过程，这种关联在AD易损脑区更容易被识别到。GAO等^[29]的研究发现血浆p-tau181与AD患者MMSE评分呈显著负相关，且相关性和脑脊液p-tau181与MMSE评分之间的相关性类似，说明血浆和脑脊液p-tau181具有相似的认知诊断性能。OECKL等^[30]在一个相对较小的样本量中也观察到AD患者p-tau181与MMSE评分的负相关，YANG等^[34]使用MoCA、CDR评定时也观察到类似的结果，提示血浆p-tau181是预测和监测认知能力衰退的一种较为可靠的标志物。

       有关p-tau217与p-tau231的研究也发现了其与脑影像学改变的关联。蓝斑是最早积累过度磷酸化tau蛋白的区域之一，VAN EGROO等^[35]应用7 T MRI，发现无症状人群p-tau尤其是p-tau231与背吻侧蓝斑完整性呈负相关，p-tau181、p-tau217与右背吻侧蓝斑完整性呈负相关，p-tau231在生命周期中与蓝斑完整性的相关性更早，并反映了阻碍微管蛋白组装的最早事件^[36]。此外，有研究使用超敏电化学发光技术检测的p-tau217与更大的白质高信号体积和更低的白质微结构完整性相关^[37]。SCHINDLER等^[15]横向比较了不同血浆标志物与AD的关联，p-tau217与包括内嗅皮层、梭状回、海马旁回、颞中回、颞下回和角回的联合感兴趣区的皮质厚度以及痴呆的严重程度之间的相关性最强，甚至超过p-tau181。关于p-tau217和p-tau231的研究受检测方法的限制而相对较少，目前一些研究聚焦于开发敏感性和特异性更高的检测技术^{[38, 39]}，并发现p-tau217与p-tau231具有良好的AD诊断性能，甚至优于p-tau181^[40]。两个纳入大型队列的纵向研究发现，组水平的血浆p-tau217可以预测哪些MCI患者将在未来2~6年内发展为痴呆^{[41, 42]}。

       上述研究结果都说明了AD患者血浆磷酸化tau蛋白整体上发生改变，并与MRI方法下的脑结构改变有着密切的联系，且这种联系经常发生在AD易损脑区，但p-tau与fMRI指标之间的关联还较少被研究，未来需要更多的研究将AD患者的血浆p-tau与功能影像相结合。此外，关于p-tau217和p-tau231的研究也较少，未来还需更多地探究这两种血浆标志物在AD诊断中的作用及其与脑影像和认知的关联。

3 血浆GFAP及其与MR脑影像和认知功能的关联

       GFAP是一种星形细胞骨架中间丝状蛋白，是星形胶质细胞活化的标志物。在病理情况下，活化的星形胶质细胞通过释放炎症介质和活性氧等，促进AD的神经炎症改变^[43]。在AD患者的大脑中，Aβ斑块周围区域的GFAP的表达升高，并随着tau蛋白的积累而增加^[44]。近年来不断有证据证明血浆GFAP在诊断AD方面有良好的性能。

       组间比较显示^[45]，与NC相比，AD患者血浆GFAP水平升高；有研究^{[34, 46]}发现，相较血浆p-tau181与NfL，GFAP具有更强的区分不同认知阶段的能力，脑淀粉样蛋白沉积与GFAP具有显著的相关性^[18]。CICOGNOLA等^[47]对160名MCI患者进行了平均4.7年的随访，血浆GFAP预测转化为AD的人群的AUC达0.84，提示GFAP能够反映AD疾病谱的动态改变。

       ASKEN等^[48]针对两个队列的AD疾病谱人群，发现血浆GFAP均与颞叶、顶叶的白质体积呈负相关，但未发现与灰质体积的相关性，这可能与星形胶质细胞在调节血脑屏障和维护淋巴系统中的作用有关，后两者与脑白质有着复杂的联系。与p-tau181结果类似，GAO等^[11]发现AD患者GFAP水平与大脑皮质厚度呈负相关，尤其是额叶、枕叶和颞叶，且与颞上皮质厚度的纵向变化显著相关。RAJAN等^[23]在10年的随访中也发现更高的GFAP水平与更快的皮质厚度及海马体积下降相关。BETTCHER等^[49]使用扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）对69名健康老年人与45名AD患者进行研究，发现血浆GFAP水平与内侧颞叶白质束的微结构完整性及记忆表现呈负相关，但其与记忆表现之间的相关性并不由白质改变介导。这些结果提示血浆GFAP与脑萎缩及白质损伤具有一定相关性，且可以预测AD所致大脑结构的改变，GFAP与MRI的结合可以从独立于淀粉样蛋白或神经退行性变的角度去探寻和解释AD病理改变。ALLY等^[46]纳入总计567名NC、MCI及AD人群发现，血浆GFAP水平越高，12项神经心理测试中有11项表现越差，包括MMSE、波士顿命名、连线测试A/B等。ASKEN等^[48]纳入了两个队列，队列1（包括NC和MCI患者）中GFAP与执行功能评分呈负相关，队列2（包括NC，MCI和AD患者）GFAP水平与执行功能、视觉记忆、语言和视空间功能呈负相关，但两个队列的样本量均较小。纵向上，血浆GFAP也显示出与认知下降速度之间的相关性^{[11, 25]}。

       血浆GFAP与MRI指标在宏观和微观层面上的联系可以为我们研究胶质细胞在脑实质改变和认知功能下降中的病理机制提供更多的见解，进而补充AD的A-T-N-X诊断框架。未来的研究可以使用fMRI，选择更敏感的影像学标志物并扩大样本量进行验证。

4 血浆NfL及其与MR脑影像和认知功能的关联

       NfL是一种只在神经元中表达的细胞骨架蛋白，参与轴突的纤维系统组成，轴突损伤后，NfL被释放到细胞外液，即脑脊液和血液中^[50]。NfL是反映轴突损伤及神经退行性变的重要标志物，现被考虑应用于早期预测AD发生及联合其他生物标志物辅助诊断AD。

       MATSUOKA等^[51]的横向研究发现，与NC相比，AD患者血浆NfL显著升高，其他几项研究^{[45, 52]}也发现了类似的结果。然而在对AD和非AD痴呆患者的比较中，OECKL等^[30]发现NfL水平在所有痴呆疾病中均升高，甚至在额颞叶痴呆、原发性进行性失语症中较AD更显著。ASHTON等^[53]研究了一个由伦敦国王学院（n=805）和瑞典BioFINDER研究（n=1464）构成的大型队列，NfL在所有13种神经退行性疾病中均升高，包括肌萎缩性脊髓侧索硬化症、非典型性帕金森病等。这说明NfL在区分神经退行性疾病患者和正常人中具有较高的敏感性，但其水平改变缺乏AD特异性。

       OECKL等^[30]在AD患者中观察到血浆NfL与脑区体积呈显著负相关，尤其是额叶、颞叶、顶叶、纹状体、扣带回、海马、杏仁核及脑岛。KERN等^[54]纳入了237名AD患者，其中125人扫描了1.5 T或3.0 T MRI并使用FreeSurfer图像分析评估脑容量，发现基线NfL水平与颞叶、海马、内嗅和海马旁皮质体积呈负相关，但22个月的纵向随访没有观察到其与脑容量减少之间的相关性。此外，WALSH等^[55]观察到AD患者中NfL与白质高信号体积之间的正相关，但在调整年龄后，相关性显著衰减，提示这种相关性依赖于年龄。YANG等^[34]纳入了44名老年人，也发现了NfL与年龄之间存在密切的相关性。在fMRI方面，CHONG等^[56]的最新研究纳入了38名AD及MCI患者，以默认模式网络为感兴趣区作FC，左侧后扣带回与背外侧前额叶皮层的FC与血浆NfL水平呈负相关，但这个研究的局限性在于样本量较小。较高的基线NfL水平与AD患者较差的认知测试表现相关，包括CERAD和MMSE，并且在22个月的随访期间内预测了更严重的认知能力下降^[54]。SUGARMAN等^[24]和CHATTERJEE等^[57]的纵向研究也发现了类似的结果，即NfL可以预测一定的认知能力下降。然而与p-tau181、GFAP相比，血浆NfL与AD病理的相关性较其他主要标志物更弱^{[30, 48]}，在AD诊断中需联合其他证据。

       上述研究结果提示血浆NfL是神经元变性更为普遍的一种标志物，由于不同的研究中样本群体、纳排标准、检测的影像学指标等条件的影响，其反映的AD病理相关的脑结构和功能改变存在一定争议性。未来还需要深入研究血浆NfL与MRI指标及认知水平之间的交互并探索年龄、脑血管病变等其他因素在AD病理通路中的作用机制。

5 其他血浆生物标志物

       除了上述的四种血浆生物标志物外，不少研究也报道了其他潜在的AD生物标志物。核突触蛋白β（beta-synuclein）是一种突触前蛋白，其水平在一定程度上反映了神经退行性疾病的突触变性，OECKL等^[30]使用免疫沉淀质谱联用技术检测了血浆核突触蛋白β发现，相比其他痴呆，核突触蛋白β仅在AD中增加，且与颞叶萎缩及认知障碍相关。脑源性神经营养因子（brain-derived neurotropic factor, BDNF）参与神经元的存活、发育和功能，MORI等^[58]发现66名AD疾病谱人群血浆BDNF水平与内侧颞叶萎缩存在显著相关性。几丁质酶3-L1（aka chitinase 3-L1, YKL-40）是一种炎症标志物，被认为可以用于MCI早期诊断^[59]，PASE等^[60]进行荟萃分析发现，血浆YKL-40水平的纵向增加与痴呆风险呈正相关，与全脑体积及认知能力呈负相关。这些潜在的生物标志物补充了现有的血浆标志物面板，为AD的发病机制和早期诊断提供了更多信息。值得注意的是，多种血浆标志物联合诊断相比单一血浆标志物可以获得更好的相关性与诊断性能^{[34, 55]}，建立多种血浆生物标志物、脑影像与认知评估联合的协同高效的AD诊断模型将是未来研究的趋势。

6 总结与展望

       AD是最常见的痴呆类型，其早期筛查和早期诊断对于延缓疾病进程十分重要。血浆标志物检测和MR脑影像简便、创伤小，在临床研究中发挥着越来越重要的作用。本文综述了几种主要的AD相关的血浆标志物，并探讨了这些标志物与MR脑影像及认知水平之间的关联。现有的研究提示血浆生物标志物与MRI技术的结合促进了我们对AD病理变化更深入的了解，然而部分研究结果相对不一致，这可能与受试群体、检测技术、扫描参数、统计方法等不同有关。未来应该扩大样本量以验证现有的结果并增加纵向随访数据，跟踪疾病更早期阶段的人群进展为AD的病理改变。此外，目前与血浆标志物相关的MRI方法还比较单一，大多局限在结构MRI上，期望未来可以开展更多基于fMRI的研究，并探寻更加敏感的血浆和影像学指标以建立更可靠的多模态AD诊断模型。