年度回顾专题｜2020年神经系统变性疾病领域的研究进展

撰写 | 北京大学第三医院神经内科神经退行性疾病生物标志物研究及转化北京市重点实验室唐璐陈璐叶珊刘晓鲁刘向一樊东升

COVID-19全球大流行的2020年刚刚过去，这场造成了人类历史上最大规模死亡的传染病深刻地影响并改变着人们的生活，也在不断地改造人们对疾病的认知和临床实践。这一年里，神经病学家和神经科学家在神经系统变性疾病领域取得了哪些重要成果呢？在此，笔者回顾总结了2020年度这一领域的重要研究进展。

阿尔茨海默病及相关痴呆

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阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种常见且致命的神经系统变性疾病。长期以来，对AD的研究一直集中在2种病理关键蛋白β淀粉样蛋白（amyloid β，Aβ）和tau蛋白的作用上。然而也有不少研究从分子结构、炎症、胶质细胞等多个环节解读了AD的发生和进展的可能机制。

来自Nat Struct Mol Biol的一项研究用冷冻电镜技术揭示了AD患者中的北冰洋突变（Arctic mutation，Glu22Gly）与早发型2型糖尿病的纤维性胰岛淀粉样多肽多态位点（Ser20Gly）在结构上的分子关联。研究人员首次获得了单分子如何在蛋白质链中排列的清晰图像，这些蛋白质构成了典型的糖尿病沉积物胰岛淀粉样多肽的结构与AD病理淀粉样沉积纤维的结构非常相似。这一发现将有助于开发设计相应的抑制性药物和成像检测探针。

一项发表在Science的研究发现大脑中一个以前不为人知的导致突触破坏的生化级联反应，这种新发现的一系列异常化学事件被称为“蛋白转亚硝基化反应”。它导致突触丧失，而突触丧失是AD患者中的记忆丧失和认知能力下降的主要驱动因素。该研究为发现治疗AD的药物提供了一个新的角度。

关于星形胶质细胞为何从AD发病初期就发生形状变化和功能变化，并在整个AD进展过程中以这种反应性状态继续存在的原因，目前还不清楚。来自韩国的科学家在Nat Neurosci上发表论文证明，“反应性星形胶质细胞”的严重程度是AD发病的关键指标。在基于毒素受体的动物模型中，轻度反应性星形胶质细胞可自然逆转其反应性，而重度反应性星形胶质细胞可引起不可逆的神经变性、脑萎缩和认知缺陷。这种严重的反应性星形胶质细胞诱导的神经变性已在注射病毒的app/PS1小鼠中成功复制。这些结果表明严重的反应性星形胶质细胞足以导致神经变性。

首都医科大学宣武医院贾建平教授团队日前在Brain发表了针对中国AD患者的GWAS研究和相应预测模型。研究纳入了3913例AD患者和7593例对照，确定4个新的突变以及载脂蛋白E9个具有全基因组意义的变异（P-8）。利用这些变异与载脂蛋白E状态的不同组合，建立了11个预测模型。这些预测模型均具有显著性，曲线下面积峰值在第一阶段和第二阶段均达到0.73。最后，用5474人的纵向队列进行了验证。结果表明，携带风险变异的个体在模型中具有较短的发病潜伏期和较高的AD发病率。这是第一个在中国人群中验证基于全基因组关联研究的预测模型来评估AD发病风险的研究。

AD血液生物标志物在2020年取得了重要进展。首先，目前已有4个临床前瞻性队列应用超灵敏血浆免疫测定法检测了AD病理学高度特异性的生物标志物tau磷酸化Thr181（p-tau181），研究共纳入1131人，包括处于AD临床不同阶段的老年患者、年龄匹配对照、其他神经系统变性疾病、血管性痴呆及正常年轻人。发表在Lancet Neurol的结果表明，血p-tau181可以用来预测tau蛋白和β淀粉样蛋白沉积的病理改变，将AD与其他神经变性疾病区分开来，并在整个临床过程中识别AD。在JAMA发表的血液检测tau磷酸化Thr217（p-tau217）的结果也令人鼓舞：研究纳入了3个临床队列共1402人进行横断面检测，包括AD不同临床阶段的老年患者、年龄匹配对照、其他神经系统变性病，还纳入了一个常染色体显性AD携带者（和年龄匹配的非携带者）的PSEN1 Glu280Ala突变家系。p-tau217检测能够较好区分临床诊断AD和其他的神经变性疾病，并且区分经尸检或神经影像、脑脊液证实的AD和非AD病理改变的个体。在同一研究中，p-tau217的诊断准确性优于其他AD生物标志物，包括血浆p-tau181、血浆神经丝轻链和结构神经成像。PSEN1突变携带者在年轻时（年龄≥25岁）血浆p-tau217水平即出现显著升高。血p-tau217的方法需要进一步验证，同时p-tau181和p-tau217都需要进行临床标准化。这些基于血液的检测方法有助于早期识别AD的病理改变。

另一项有意义的血液生物标志物研究通过组学特征的变化来阐述AD病理生理学的复杂性。两个纵向队列进行了血脂分析研究，其中包括了认知功能正常、轻度认知障碍和AD相关痴呆。这些人群的脂质组学特征与AD发病率和患病率有关。这些发现在未来其他研究是否可重复对于验证这种方法至关重要。尽可能早地通过血液生物标志物识别痴呆风险人群十分重要，因为他们将是参加预防或延缓痴呆发病的临床试验的目标人群。

目前大多数AD药物设计目标是消除其病理特征性Aβ，因为它们会阻止突触中的细胞间信号传导。但临床试验发现，即使去除了Aβ，一些AD患者仍然表现出进行性神经变性和认知能力下降；相反，即使在很高的Aβ水平下，许多人也没有出现神经退化和认知障碍。2020年11月，因为安全性和有效性证据不足，美国食品和药物管理局咨询委员会决定不批准单抗药物Aducanumab，因为结果提示AD病理学的改善不一定会转化为明确的临床改善。Aducanumab是一种人类单克隆抗体，可选择性地结合β淀粉样原纤维和可溶性寡聚物，并可从大脑中清除β淀粉样蛋白。对165例症状前期或轻度AD患者（NCT01677572）进行的Ⅰb期试验结果显示，淀粉样斑块显著减少，且具有剂量依赖性和时间依赖性。基于这个结果进行了2项大型的针对AD所致轻度认知障碍和轻度AD患者的Ⅲ期临床试验（NCT02484547，NCT02477800）。这些试验均被提前中止了，但是研究后期的数据分析可能还会有一些新的发现。

肌萎缩侧索硬化/运动神经元病

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肌萎缩侧索硬化/运动神经元病（amyotrophic lateral sclerosis/motor neuron disease，ALS/MND）是一种累及上下运动神经元的进展性神经退行性疾病，其临床异质性、遗传异质性和病理异质性均十分明显。对ALS始动和进展过程的生物学改变（如致病基因突变）以及环境因素在其间施予作用的深刻理解，将决定是否能完全诠释ALS病理生理过程并最终找到对应的临床治疗方案。

TDP-43蛋白的异常沉积是ALS患者的特征性病理变化，约出现在95%的ALS患者中，被认为是ALS发病过程的核心环节之一。科学家们2020年发现TDP-43蛋白的异常沉积将会导致神经突触的完整性受损、大脑皮层在疾病早期即出现兴奋性增高的异常改变，随之导致更广泛的神经元网络的调节失衡。发表在Cell上的一项研究显示，TDP-43异位沉积将导致线粒体DNA在胞质中释放，从而激活cGAS/STING通路及下游NF-κB和1型干扰素，最终触发神经炎症。

既往观察性研究发现ALS患者起病数年前的高BMI、高体脂率和高腰臀比的人群ALS发病风险降低。笔者团队在Ann Neurol发表论文，利用国际遗传学数据，采用两样本孟德尔随机化设计，揭示了全生命周期的肥胖可能降低了ALS的发病风险，其具有因果关联；其中体脂率对降低ALS风险最为显著。

识别开发ALS生物标志物的研究中，除了前两年的热点生物标志物神经微丝蛋白，2020年，研究者们利用新开发的大脑成像技术和神经电生理技术评估广泛的运动系统以外的脑网络紊乱，并可用于预测疾病进展和作为生物标志物用于临床试验；利用18F脱氧葡萄糖PET可在发病前数年即发现携带已知致病基因（C9orf72）的症状前患者的皮层功能紊乱，甚至早于神经微丝蛋白升高和症状出现。

由于ALS临床表现的巨大异质性，因此人们最初都试图建立简单的诊断标准以方便使用统一的临床试验纳入标准；然而之前ElEscorial诊断标准在实践中确实排除了不少其实理应纳入临床试验的ALS患者。2020年，全世界多位ALS领域和电生理领域的专家联合在Clin Neurophysiol发表了新的GoldCoast诊断标准，它包括：存在进展性的运动损害；至少存在一个身体节段的上下运动神经元同时受累表现，或至少存在两处身体节段的下运动神经元受累表现；排除其他疾病进程；可以同时存在运动受损之外的表现，但这并不是诊断所必需的。

在ALS治疗领域，一些令人振奋的新成果在2020年公布。基因治疗方面，针对超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）基因突变患者设计的反义寡核苷酸药物tofersen治疗结果在N Engl J Med公布。试验采用Ⅰ～Ⅱ期临床试验设计，应用递增剂量的tofersen进行腰穿鞘注治疗。主要终点为安全性和药代动力学，次要终点为85 d时脑脊液SOD1浓度较基线的变化。共有50例患者随机入组，48例患者完成全部的疗程治疗。最高剂量组可见脑脊液SOD1浓度较安慰剂组下降33%。正在进行的Ⅲ期随机、双盲、安慰剂对照试验是ALS精准治疗成功的希望。除了针对SOD1的基因治疗，针对C9ORF72、ATXN2基因的反义寡核苷酸治疗也在临床前或早期临床试验阶段。此外，靶向SOD1突变的腺病毒治疗和基因编辑也是未来研究的热点，如何个体化设计基因编辑试验药物以及最有效、便捷的给药途径是需要解决的问题。

除了针对ALS研发新药，“老药新用”也是寻找ALS治疗药物的有效办法。AMX0035是苯丁酸钠（sodium phenylbutyrate，PB）-熊去氧胆酸（taurursodiol，TUDCA）的混合制剂，这两种药物以往分别用于尿素循环障碍疾病和胆道疾病的治疗；在实验模型中，PB和TUDCA可减轻内源性内质网应激和线粒体功能异常，从而减少神经元死亡。同样在NEnglJMed公布结果的Ⅱ期临床试验中，随机入组137例患者分别给予AMX0035或安慰剂治疗24周。主要终点指标是24周时ALSFRS-R评分较基线时的下降率。在改良意向治疗分析中，PB-TUDCA组ALSFRS-R评分的下降率与安慰剂组存在显著性差异（P=0.03）。完成双盲试验的受试者可进入开放标签的扩展试验（CENTAUR-OLE试验），给药至132周，该试验预计2021年初结束；已公布的初步结果显示，AMX0035可延长约6.5个月的生存期。

除上述两项已初步验证有效性的药物以外，还有一些正在进行的临床试验值得关注：Ezogabine是一种抗癫痫药，可能通过改善皮层及周围的兴奋性改善运动神经元的生存。富马酸二甲酯和IL-2是靶向调节性T细胞的免疫调节剂，可能通过抑制中枢神经系统毒性的神经炎症起到神经保护作用。马赛替尼是酪氨酸激酶抑制剂，可抑制小胶质细胞活化，在已完成的Ⅱ～Ⅲ期试验显示了对ALS的治疗作用。Arimoclomol是热休克蛋白诱导剂，正在研究用于治疗胰岛素抵抗，临床前研究显示其可抑制ALS错误蛋白聚集，现已证实该药物的安全性和耐受性，关于有效性的研究正在进行中。而高卡路里饮食治疗ALS的试验并未取得支持有效性的数据，但亚组分析显示快速进展人群可能对上述治疗有效。如何改进ALS临床试验的研究设计，充分利用研究队列人群，依据生物标志物精准地选择目标人群及判断疗效，开发相比ALSFRS-R评分更有效的结局评价指标是未来ALS治疗研发领域面临的挑战。值得期待的是，由我国研究者牵头开展的多中心、随机、双盲、安慰剂对照的ALS临床试验也已陆续启动（ChiCTR2000039689），为患者带来治疗希望的同时也力争为ALS研究贡献中国力量。

帕金森病及运动障碍疾病

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作为疾病重要病理学标志和基础的α-突触核蛋白（α-syn），不同蛋白株的α-syn具有不同的临床表现。一项发表在Nature的研究通过异常蛋白循环扩增的方法，在脑脊液中早期鉴别了α-syn相关疾病，如帕金森病（Parkinson’s disease，PD）和多系统萎缩，其敏感性达到95.4%，这不仅证实了不同结构α-syn关联不同疾病，更进一步验证了异常蛋白扩增和传播是疾病发生的基础。另一项发表在Nature的研究显示，在单一疾病中α-syn形态也并非统一。他们通过冷冻电镜探索多系统萎缩中α-syn纤维结构时，发现存在两种不同结构的异常蛋白纤维丝：Ⅱ型纤维丝具有较对称的结构，每层β折叠存在大约2个磷酸化基团，而Ⅰ型纤维丝则较开放能容纳更多的基团从而具有更高的密度。而不同的α-syn结构也证实可导致不同的临床表型、病程，甚至不同的细胞其受累程度也不相同。导致这一差异的原因是因为不同结构的蛋白沿着不同的细胞连接结构路径传播。α-syn不同的结构特点与朊蛋白病和tau蛋白病类似，提示相同蛋白的不同结构可能和不同疾病甚至同一疾病的临床异质性相关，这一结果发表在Nat Neurosci上，为今后的检验及个体化治疗提供了重要的依据。

PD运动症状的病理基础是中脑黑质多巴胺能神经元的丢失，目前尚缺乏有效的疾病修饰治疗延缓神经元丢失的速度。而近期诱导性多能干细胞是十分有前景的治疗方法，在N Engl J Med发表的一项研究中，研究者把患者自体iPSC诱导形成多巴胺能前体神经元先后植入了一位患者双侧壳核，左旋多巴PET显示植入细胞存活，且患者临床症状在18~24个月中维持稳定甚至稍好转。此外，另一项通过局部超声损毁丘脑底核控制运动症状的结果也发表在N Engl J Med。在40例适合行脑深部电刺激术治疗的PD患者中，随机将27例患者行单侧超声丘脑底核损毁术，13例假手术组作为对照。治疗组4个月后单侧患者的运动评分从19.9分下降到9.9分，而对照组仅下降1.6分，组间差异达到8.1分。虽然针对单侧PD患者局部超声丘脑底核损毁对于运动症状控制有较好效果，但其副作用尚需进一步的长期观察。GBA1基因变异作为重要的PD危险因素，其产物β-葡萄糖脑苷酯酶（GCase）是一个可能的治疗靶点。氨溴索是一种常用的呼吸系统药物，体外研究发现其可以提高GCase活性从而降低α-突触核蛋白的水平。发表在JAMA Neurol的一项研究，在23例（包括了不同GBA基因型）PD患者中探索了每天大剂量氨溴索的治疗效果；发现不论是否存在GBA变异，PD患者脑脊液中GCase的水平均有增高，提示氨溴索具有良好的耐受性且在脑脊液中具有合理的浓度时可以改变GCase浓度，但对于疾病的修饰作用尚需进一步长期及随机对照试验的检验。同样作为药物新应用的还有尼洛替尼（一种治疗慢性髓系白血病的药物），在一项75例中-重度PD患者进行的Ⅱ期临床试验中，发现150 mg和300 mg尼洛替尼可以降低脑脊液中α-syn和tau蛋白的水平，虽然实验组在评分数值上的降低较对照多，但因样本量限制未达到显著性差异，因其安全性尚可，故需进一步Ⅲ期临床试验证实其有效性。

PD肠道起源理论一直是重要的疾病机制假说之一。针对PD患者的肠道菌群研究发现，患者的菌群分布与对照差异显著，发酵菌减少，而蛋白水解菌群增加，从而增加了有害的氨基酸代谢，提示肠道菌群在PD的发生过程中具有重要的意义。

隐性遗传的GBA基因突变是导致戈谢病的原因，而GBA杂合变异则是PD的重要的危险因素。针对GBA基因变异导致疾病的基础研究发现，GBA变异可能导致溶酶体代谢障碍、星形胶质细胞炎症反应，是导致PD的重要分子机制。

随着测序技术的发展，短片段重复序列作为致病基因不断被发现。其中，起初为神经元核内包涵体病的致病基因NOTCH2NLC被发现与特发性震颤及其他神经系统退行性疾病相关，我国郑州大学许予明教授团队也在AnnNeurol发表研究结果，发现NOTCH2NLC基因中等长度GGC重复序列可能与PD相关，提示这一基因影响的广泛性。

其他神经变性疾病

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其他少见的神经系统变性疾病，如脊肌萎缩症（spinal muscular atrophy，SMA）、亨廷顿病（Huntington’s disease，HD）、路易体痴呆（dementia with Lewy bodies，DLB）等，近年来也有不少新的治疗策略和药物问世。尽管其发病率不高，但其中部分令人振奋的突出进展，为今后的神经变性病研究提供了丰富的灵感。

SMA是一种由SMN1基因缺失或突变引起的常染色体隐性运动神经元疾病。以不同的临床严重程度为特征，可分为4种亚型。在过去几年里，新的治疗方法已经出现，大大改变了所有SMA亚型的自然史。通过基因修饰治疗等手段（诺西那生钠等），提高存活运动神经元蛋白（SMN）水平的药物正在彻底改变病程和治疗手段。治疗的临床反应可达到意想不到的水平，但随着患者临床病程越长、疾病程度越重，治疗效果会逐渐减弱。但新出现的真实世界数据证明，即使患者已处于疾病较晚阶段，积极的相关治疗仍有一定效果。目前应用成熟的药物仅针对中枢神经系统SMN蛋白的缺乏，但Nat Rev Neurol也报道了同时针对中枢神经系统和外周神经系统SMN缺乏的药物研究开展，这可能会增加治疗的效果。然而，哪种可用药物对特定亚组的长期效果最好？联合治疗是否优于单药治疗？这些问题目前还不清楚，也是下一步研究的重点。

HD是由huntingtin基因（HTT）CAG重复扩增引起的神经退行性疾病，其发病机制复杂。突变型HTT（mHTT）破坏转录、干扰免疫和线粒体功能，并在翻译后发生异常修饰。目前HD临床发病年龄预测模型是基于多聚谷氨酰胺长度，但仅能解释部分HD患者发病年龄。多项独立遗传学研究表明，编码谷氨酰胺的CAA变异中断了CAG重复区，但不改变多聚谷氨酰胺（polyQ）长度或同质性，与携带者中HD发病年龄差异巨大有关。根据目前诊断标准，约1/3临床表现为外显率降低的携带者携带这种变异。这种关系得到了全基因组筛选疾病修饰因子的数据支持，这些筛选揭示了DNA修复基因在HD，甚至动态突变所致的神经系统变性病中的重要性。未来研究应探索体细胞重复不稳定性和DNA修复作为新的治疗靶点，以改变HD和其他动态突变介导的疾病的发病年龄。有希望的方法包括靶向扩增的重复序列或直接干扰关键的DNA修复基因。直接靶向CAG重复序列和改变MSH3的表达是两种可行的治疗策略。

DLB是老年人第二常见的痴呆症。这些临床实体具有明显的运动和非运动症状的异质性，疾病进展高度可变。这种临床异质性的生物学基础仍不清楚。但是对于经典临床现象的重新分析，为该病的研究提供了新的思路。基于神经心理学、神经生理学和神经影像学，将认知波动的描述整合到一个新的可测试的启发式框架，可以从中获得新的见解。它对于进一步将路易体疾病分类为生物学上不同的内表型至关重要，将有助于临床试验的设计以目标更同质的亚群获得相似的基本生物学和预后信息。

《中华医学信息导报》2021年3期第14~15版