Болезнь Альцгеймера (БА) является одной из важнейших проблем современной неврологии, поскольку приводит к развитию деменции, которая оказывает огромное влияние на жизнь пациентов, нарушая социальное и профессиональное функционирование. Преимуществами ранней диагностики БА являются своевременное назначение медикаментозной терапии на ранних стадиях заболевания, уменьшение выраженности инвалидизации и повышение качества жизни пациентов. К эталонным методам ранней диагностики БА относятся магнитно-резонансная томография, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) с фтордезоксиглюкозой, амилоидная ПЭТ, тау-ПЭТ, а также исследование спинномозговой жидкости. Однако их применение ограничено из-за высокой стоимости, сложности выполнения и инвазивности. Поэтому поиск других доступных в клинической практике информативных биомаркеров – первостепенная задача современных исследований БА. Доступность и малоинвазивность лабораторных методов исследования крови для определения биомаркеров отвечают требованиям ранней диагностики БА и широкомасштабного прескрининга или скрининга БА в совокупности с другими методами исследования. В данной статье описаны биомаркеры плазмы крови как потенциальные маркеры ранней диагностики БА. 

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.

 

Biomarkers of blood in the Early Diagnosis of Alzheimer's disease

Ye.A. Kovalenko, PhD, Ye.V. Makhnovich, PhD, A.V. Pervunina, K.A. Akimov, Ye.A. Marahovskaya, A.N. Bogolepova, PhD, Prof.

N.I. Pirogov Russian National Research Medical University 
Federal Center of Brain Research and Neurotechnologies of the Federal Medical Biological Agency

Contact person: Yekaterina A. Kovalenko, ekaterinakov90@mail.ru

Alzheimer's disease (AD) is one of the most important problems of current neurology, as this disease leads to the development of dementia, which has a huge impact on the lives of patients, disrupting social and professional functioning. The benefit of early detection of AD are: well-timed medication prescription early in the course of disease, decreased severity of disability and an improvement in patient's wellbeing. There are reference methods for early detection of AD, such as: magnetic resonance imaging, positron emission tomography (PET) with fluorodeoxyglucose, amyloid-PET, tau-PET and examination of the cerebrospinal fluid. However, their use is limited due to high cost, complexity and invasiveness. Therefore, the search for other informative biomarkers available in clinical practice is the primary task of modern AD research. Availability and minimally invasiveness of laboratory blood tests to determine biomarkers meet the necessary requirements for early detection of AD and large-scale pre-screening or screening of AD in combination with other research methods. This review article describes blood biomarkers as potential markers for early detection of AD.