Биомаркеры крови в ранней диагностике болезни Альцгеймера

Биомаркеры крови при БА [40–42]

С каждым годом увеличивается число пациентов с болезнью Альцгеймера (БА), и это одна из важнейших проблем современной неврологии. БА считается лидирующей причиной деменции и оказывает огромное влияние на жизнь пациентов, нарушая социальное и профессиональное функционирование.

По данным Всемирной организации здравоохранения, в мире деменция диагностирована примерно у 55 млн человек. Ожидается, что к 2050 г. этот показатель возрастет до 152 млн. С экономической точки зрения БА – серьезная проблема общественного здравоохранения. Так, к 2030 г. глобальные затраты на лечение пациентов с БА достигнут 2 трлн долларов США [1].

В основе развития БА лежит накопление бета-амилоида (Aβ) в веществе головного мозга (ГМ) в виде внеклеточных Aβ-бляшек. Aβ образуется под действием бета- и гамма-секретазы из белка – предшественника Aβ с формированием нерастворимых патогенных соединений. Вследствие этого возникают воспаление и усиленный апоптоз [2].

Возрастает также интерес к теории развития БА, связанной с нарушением синаптической передачи. У пациентов со средней степенью тяжести заболевания снижается уровень пресинаптического белка. С увеличением степени развития заболевания наблюдается преобладание потери синапсов над потерей нейронов, что обусловлено прогрессированием деменции  [3].

Важное место в патогенезе БА занимает теория накопления тау-протеина, согласно которой нарушение его фосфорилирования приводит к образованию нейрофибриллярных клубков и последующей гибели нейронов. Следует отметить, что накопление Aβ и тау-протеина начинается более чем за десять лет до появления первых клинических симптомов заболевания. Поэтому патологические изменения, характерные для БА, можно выявить с помощью лабораторных и инструментальных методов диагностики уже на ранних стадиях заболевания. Однако из-за отсутствия клинической симптоматики БА пациенты не обращаются за медицинской помощью в этот период [3].

На данный момент диагностика БА включает магнитно-резонансную томографию (МРТ) для визуализации участков атрофии ГМ, позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) с фтордезоксиглюкозой (ФДГ) для оценки снижения метаболизма в ГМ, ПЭТ для обнаружения повышения накопления Аβ и тау-протеина в тканях мозга, однофотонную эмиссионную компьютерную томографию, которая позволяет оценить состояние регионарного кровотока в различных областях мозга за счет аккумуляции радионуклидов, а также исследование спинномозговой жидкости (СМЖ) со снижением соотношения Aβ42/Aβ40 и повышением уровня фосфорилированного тау-протеина (p-тау) [4].

Большинство лабораторных биомаркеров для прижизненной диагностики или мониторинга БА изучаются именно в СМЖ, поскольку она связана с интерстициальной жидкостью ГМ и напрямую отражает биохимические изменения в нем. Диагностическая точность исследования биомаркеров в СМЖ составляет 85–90% [5].

Следует отметить, что применение методов диагностики БА ограничено из-за сложности выполнения и высокой стоимости, что приводит к острой потребности в новых, недорогих и малоинвазивных методах. В связи с этим проводятся исследования по поиску потенциальных биомаркеров БА в других биологических жидкостях, в том числе в крови [5, 6].

Большое значение исследований в этом направлении обусловлено тем, что для разработки новых лекарственных препаратов необходимо включение в исследования пациентов на ранних стадиях БА, но обоснование проведения дорогостоящих методов диагностики больным без клинических симптомов БА затруднительно. В то же время забор крови имеет преимущество в силу простоты выполнения, отсутствия необходимости дорогого оснащения и подготовки персонала, возможности осуществления в учреждениях первичной медико-санитарной помощи. Поэтому оценку биомаркеров БА в крови можно рассматривать как метод широкомасштабного прескрининга, после которого пациентов будут направлять на дообследование посредством эталонных методов диагностики БА (МРТ ГМ, исследование СМЖ, ПЭТ). Скорее всего это позволит диагностировать заболевание у бессимптомных пациентов и сыграет значимую роль в проведении клинических исследований, направленных на поиск эффективной терапии БА [6].

К сожалению, сегодня в клинической практике нет лекарственных средств, способных окончательно остановить прогрессирование БА. Результаты использования антиамилоидной терапии можно назвать скорее спорными из-за относительно минимальной эффективности при наличии выраженных побочных эффектов: инфузионные реакции, отек ГМ. Необходимо подчеркнуть, что в исследованиях принимали участие только пациенты с симптоматической БА: с умеренными когнитивными нарушениями (УКН) и легкой деменцией. Поэтому отсутствие значимой эффективности антиамилоидной терапии может быть связано со слишком поздним вмешательством в течение болезни, что повышает значимость рассмотрения вопроса применения биомаркеров крови в диагностике БА [7].

Так, в ходе клинических исследований, направленных на разработку антиамилоидных лекарственных средств, отмечалось, что биомаркеры плазмы крови (соотношение Aβ42/Aβ40 в сочетании с определением аполипопротеина Е (APOE)) могут быть использованы для прескрининга пациентов с БА. Это приводит к сокращению общего количества необходимых скрининговых амилоидных ПЭТ-сканирований и общих затрат на отбор пациентов с бессимптомной или минимально симптоматической БА, а следовательно, может ускорить разработку патогенетически обоснованной эффективной терапии с возможностью применения на ранних стадиях заболевания [8].

Кроме того, биомаркеры крови можно рассматривать в качестве лабораторного метода скрининга БА. Маловероятно, что они превзойдут биомаркеры СМЖ и будут использоваться в качестве основного диагностического инструмента при БА. Тем не менее они могут иметь большой потенциал при использовании в комбинации с нейропсихологическими тестами и рутинной МРТ-диагностикой на этапе скрининга.

Результаты исследований по данной теме противоречивы. В связи с этим изучение проблемы вызывает большой научный интерес, что обусловлено социальной значимостью БА в современном обществе и актуальностью поиска новых диагностических инструментов и терапевтических возможностей при БА.

Цель обзора – проанализировать данные литературы о биомаркерах плазмы крови при БА, перспективных для исследования на ранней стадии заболевания.

Биомаркеры плазмы крови при БА

Биомаркер представляет собой индикатор нормальных биологических и патологических процессов [9]. Биомаркеры БА подразделяются на две категории – связанные с амилоидозом (накопление Aβ в ГМ) и отображающие нейродегенерацию (повышение уровня тау-протеина и p-тау) [10]. Между тем уже создаются биомаркеры, которые свидетельствуют о наличии других патогенетических механизмов БА – нейровоспалении, апоптозе, окислительном стрессе, синаптической дисфункции [11].

Бета-амилоид. Aβ является главным белковым компонентом диффузных и сенильных бляшек. Выделяют две формы Aβ – Aβ40 в ядре зрелых бляшек и патогенный Aβ42 в диффузных амилоидных агрегатах [12]. Предполагают, что определение Aβ в крови является доступной потенциальной альтернативой диагностики БА [13].

Появление гиперчувствительных методов, таких как анализ одной молекулярной массы (SIMOA) и иммунопреципитация – масс-спектрометрия (IP-MS), позволило обнаружить незначительные изменения уровня Aβ в плазме крови [14]. В результате усовершенствования метода твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) выявлен оптимальный диагностический биомаркер – соотношение Aβ42/Aβ40 в плазме крови у пациентов с БА. С одной стороны, в литературе представлены данные о том, что чувствительность этого метода составляет 96,7%, специфичность – 81,0%, точность – 90,2% при выявлении БА. Показано, что соотношение Aβ42/Aβ40 в плазме крови коррелирует с соотношением Aβ42/Aβ40 в СМЖ (r = 0,785; p < 0,0001) [15]. С другой стороны, получены данные о том, что снижение соотношения Aβ42/Aβ40 чаще регистрируется в СМЖ, чем в крови [16]. Вероятно, это связано с тем, что на уровень Aβ в плазме крови влияет метаболизм Aβ вне ГМ [17]. Так, на результаты соотношения Aβ42/Aβ40 могут влиять отклонения в измерениях на преаналитическом (например, тип трубки и время от сбора крови до центрифугирования и пипетирования) и аналитическом этапах [18]. Таким образом, соотношение Aβ42/Aβ40 в СМЖ в целом имеет более высокую диагностическую точность и меньшую восприимчивость к изменениям, чем соотношение Aβ42/Aβ40 в плазме крови [16]. В связи с этим требуется поиск новых методов и возможных диагностических алгоритмов для повышения устойчивости плазмы крови, особенно на преаналитическом этапе. Еще одним вариантом повышения диагностической точности может быть сочетание показателя соотношения Aβ42/Aβ40 с другими биомаркерами плазмы крови, такими как тау-протеин или глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP).

Тау-протеин. Другим классическим биомаркером БА признан повышенный уровень p-тау. Основная физиологическая роль тау-протеина заключается в стабилизации микротрубочек в нейронных аксонах [19]. При БА нейроаксиальная дегенерация приводит к увеличению высвобождения тау-протеина из нейронов. Кроме того, тау-протеин подвергается укорочению и гиперфосфорилированию с последующим образованием нейрофибриллярных клубков [20].

Соглано данным литературы, существуют различные варианты p-тау (p-тау 181, p-тау 217, p-тау 231), которые описаны как биомаркеры БА, позволяющие диагностировать заболевание [21, 22]. Поскольку фосфорилирование аминокислотных остатков в тау-протеине в основном происходит по треонину 181, исследуется чаще именно этот вариант р-тау 181 [23]. Повышение в СМЖ  p-тау 181 отражает степень повреждения нейронов при БА и является более специфичным для БА, чем повышение общего тау-протеина (t-тау), хотя последнее также учитывается при диагностике БА и расценивается как ее классический биомаркер [21].

В ретроспективном исследовании 2021 г. E.H. Thijssen и соавт. [24] анализировали биомаркеры плазмы, а именно р-тау 181 и р-тау 217, полученные от 593 пациентов, у которых были диагностированы БА, лобно-височная деменция (ЛВД) и легкие КН. Это позволило подтвердить отличительные диагностические характеристики для дифференциации пациентов с БА от пациентов с другими нейродегенеративными расстройствами. Концентрации p-тау 217 и p-тау 181 были увеличены у пациентов с БА по сравнению с пациентами с другими нейродегенеративными расстройствами.

Имеются также данные, что p-тау в плазме крови недостаточно специфичен для диагностики БА. Так, K. Blennow [25] отмечает, что высокий уровень p-тау является общим биомаркером нейродегенерации, а не специфичным для БА.

В то же время получены интересные данные о том, что использование нескольких биомаркеров, включая p-тау, может иметь высокую диагностическую значимость. В исследовании 2022 г. S. Janelidze и S. Palmqvist [26], в котором участвовал 591 пациент без КН и 304 пациента с УКН из двух независимых когорт (BioFINDER-1, BioFINDER-2), была предложена прогностическая модель риска БА. На основании данных о когнитивном статусе пациента, носительстве гена APOE4, p-тау 217 и соотношения Aβ42/Aβ40 в плазме крови рассчитывалась индивидуальная вероятность развития БА (вероятность снижения Aβ в СМЖ). Сопоставление данных плазмы крови с данными оценки СМЖ позволило подтвердить, что наиболее точным прогностическим биомаркером при доклинической и продромальной стадии БА служит комбинация соотношения Aβ42/Aβ40 и p-тау 217 в плазме крови [26].

Нейрофиламент. Легкая цепь нейрофиламента (NfL) представляет собой специфичный для нейрона промежуточный филаментный белок, выявленный недавно и используемый в качестве биомаркера повреждения нейронов. NfL является биомаркером подкорковой аксональной дегенерации [27]. Важно отметить, что более высокие уровни NfL связаны с более быстрым прогрессированием заболевания и более высокими показателями атрофии ГМ при большинстве нейродегенеративных расстройств [28]. Таким образом, NfL можно рассматривать как показатель интенсивности продолжающейся нейродегенерации.

Предполагается, что NfL плазмы крови, как недорогой и менее инвазивный параметр, может заменить NfL в СМЖ при оценке нейродегенеративных процессов из-за наличия статистически значимой корреляции между этими показателями [28]. Длительно уровень NfL в плазме крови измеряли с использованием ИФА и технологии автоматической электрохемилюминесценции (ECL). Однако чувствительность ИФА для количественного определения NfL в плазме крови и ECL для определения самых низких концентраций NfL оказалась недостаточной. Поэтому в настоящее время в исследованиях используется сверхчувствительная платформа SIMOA.

Перекрестные исследования показали, что у пожилых людей с УКН уровень NfL в плазме крови выше, чем у лиц без КН, а более высокий уровень NfL связан с ухудшением когнитивных функций с течением времени. В исследовании Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) у пациентов с УКН и БА в отличие от контрольной группы обнаружен высокий уровень NfL в плазме крови. Достоверность данной диагностики аналогична обнаружению Аβ42 в СМЖ [29].

Вместе с тем ряд авторов указывают на то, что NfL плазмы крови неспецифичен для БА и повышен при всех нейродегенеративных заболеваниях, в частности при ЛВД [30, 31] и атипичных паркинсонических расстройствах, а также после инсульта, черепно-мозговой травмы или острой сердечной патологии. NfL также может обнаруживаться в СМЖ и плазме крови у лиц без КН в зависимости от возраста (существует сильная линейная зависимость между концентрациями в биологических жидкостях и возрастом). В плазме крови концентрация NfL колеблется от 5 пг/мл в возрасте около 30 лет до 35 пг/мл в возрасте около 80 лет. Аналогичные тенденции наблюдаются при измерении NfL в сыворотке крови [32].

Несмотря на упомянутые ограничения в использовании, оценка концентрации NfL может отражать динамику изменений КН. Так, в одном из исследований установлена корреляция между повышением t-тау и p-тау со снижением сотношения Аβ42/Аβ40 в плазме крови и увеличением уровня NfL в СМЖ одновременно с возрастанием когнитивного дефицита. Высокие концентрации NfL в плазме крови впоследствии подтвердились у бессимптомных носителей мутации гена PSEN1 с риском аутосомно-доминантной формы БА. Еще одним интересным аспектом оценки концентрации NfL в плазме крови является его динамическое изменение в процессе лечения, что позволяет рассматривать его как маркер ответа на проводимое лечение [33].

Нейрогранин. В качестве специфического биомаркера БА был обнаружен нейрогранин – кальмодулин-связывающий белок, который экспрессируется в наиболее пораженных областях мозга при БА. Повышение уровня данного биомаркера в СМЖ отражает синаптическую дисфункцию с последующим нарушением трофики в гиппокампе и дальнейшим развитием нейродегенерации. Нейрогранин наряду с другими биомаркерами позволяет дифференцировать БА от остальных нейродегенеративных заболеваний [34].

Между тем существует мнение, что уровень нейрогранина в плазме крови не имеет значимых различий у пациентов с БА и пациентов контрольной группы. Тем не менее обнаружение у пациентов с деменцией высокого уровня нейрогранина методами масс-спектрометрии оставляет возможность открытия специфического биомаркера ранней и дифференциальной диагностики БА, в связи с чем требуется его дальнейшее изучение в плазме крови [33].

GFAP. Важную роль в развитии БА играет GFAP – белок промежуточных филаментов в астроцитах, который активно участвует в процессах нейровоспаления и активации клеток глии [35]. Уровни GFAP в СМЖ пациентов с БА значительно выше, чем у здоровых людей [36, 37]. Отмечается повышение уровней GFAP в СМЖ по мере прогрессирования БА, хотя сильной корреляции между уровнями GFAP и показателями Краткой шкалы оценки психического статуса (MMSE) не наблюдается [37, 38].

С более высокими уровнями GFAP в СМЖ связаны и другие нейродегенеративные расстройства, такие как деменция с тельцами Леви и ЛВД. На фоне данных заболеваний при ЛВД зарегистрированы самые высокие уровни GFAP, что может свидетельствовать о ее более высокой скорости прогрессирования по сравнению с БА [38].

Напротив, в другом исследовании с использованием технологии SIMOA при БА наблюдали значительно более высокие уровни GFAP в сыворотке крови по сравнению с пациентами с ЛВД [39].

Таким образом, белок GFAP является важным звеном в патогенезе БА, но уровень данного биомаркера повышается и при других нейродегенеративных заболеваниях, что демонстрирует его неспецифичность в отношении ранней диагностики БА, но указывает на его специфичность к процессу нейродегенерации. Данные литературы противоречивы, что требует дальнейшего проведения исследований.

Биомаркеры крови для диагностики БА перечислены в таблице [40–42].

Факторы, не связанные с БА, влияющие на концентрации биомаркеров

Низкий индекс массы тела, сердечно-сосудистые заболевания и нарушение функции почек могут влиять на концентрацию биомаркеров в плазме крови [27, 43–49]. Кроме того, важным фактором, который только начинает изучаться, является этническая принадлежность [48]. В исследованиях сообщается о противоречивых результатах относительно более низких уровней тау-протеина в плазме крови латиноамериканского населения. Вероятно, это зависит от наличия сопутствующих заболеваний и социально-экономических факторов. В настоящее время неизвестно их воздействие на каждой стадии заболевания [50–51]. Таким образом, рассмотрение данных факторов актуально для более комплексного изучения биомаркеров БА.

Возможные мероприятия

С точки зрения клинической практики биомаркеры крови могут быть использованы для прескрининга пациентов с БА. Однако для постановки диагноза БА необходимы дополнительные методы диагностики, такие как исследование СМЖ, МРТ ГМ, ПЭТ и нейропсихологическое обследование. Требуется также дальнейшая разработка новых прогностических алгоритмов вероятности развития и прогрессирования БА с включением дополнительных биомаркеров, что особенно важно для ранней диагностики БА и своевременного назначения лечения.

Ключевыми требованиями для использования биомаркеров плазмы крови являются разработка высокоточных, полностью автоматизированных методов, которые могут быть использованы в клинической лабораторной практике, подготовка стандартных процедур сбора и обработки образцов крови перед проведением лабораторных анализов, а также формирование принципов для обеспечения воспроизводимости исследования и соответствующих критериев клинического использования, как это сделано для биомаркеров СМЖ БА [52] и амилоидной ПЭТ [53].

Заключение

Данные литературы демонстрируют статистически значимые изменения Aβ и тау-протеина в плазме крови у пациентов с БА. Наиболее специфичными являются p-тау 217 и соотношение Aβ42/Aβ40 в плазме крови. Белок GFAP, участвующий в процессе нейровоспаления и активации клеток глии, и нейрогранин, который играет ключевую роль в синаптической пластичности, – важные звенья патогенеза, но уровни данных биомаркеров повышаются как при БА, так и при других нейродегенеративных заболеваниях, что говорит об  их неспецифичности. На прогрессирование заболевания и эффективность лечения указывает другой белок – Nfl, который можно считать прогностическим биомаркером.

Следует подчеркнуть, что совершенствование методов лабораторного анализа позволило с высокой точностью определять биомаркеры в плазме крови, но из-за небольшого количества исследований и противоречивых данных введение их в клиническую практику пока невозможно. Лабораторные биомаркеры могут кардинально изменить подход к диагностике БА, но в настоящий момент проблемы, связанные с чувствительностью и валидацией данных методов, решены лишь частично. 

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.