痴呆检测仪

近日刊发在英国《自然老化》杂志上的一项新研究指出，大规模筛查研究结果显示，检测血液蛋白或可在症状出现十多年前识别阿尔茨海默症等痴呆症高危人群。来自中国复旦大学的研究人员分析了英国生物医学数据库采集的5万多名健康人士的血液样本，其中1417人在采样后14年内患上了痴呆症。研究人员发现，在筛查的1463种血液蛋白中，有4种蛋白（GFAP、NEFL、GDF15和LTBP2）的水平超标情况与痴呆症密切相关。该研究显示，在日后患痴呆症者的血液样本中，这4种蛋白水平在症状出现前的十多年就已超出正常范围。研究还发现，血液中GFAP蛋白水平较高的人患痴呆症的可能性是正常人的2倍以上，患阿尔茨海默症的可能性是正常人的近3倍。研究人员利用机器学习技术设计了预测算法，将上述4种蛋白“生物标志物”与年龄、性别、教育和家族史等因素结合起来。他们根据三分之二参与者的数据训练模型，并使用其余参与者的数据对该预测算法进行测试。结果显示，这一模型利用参与者被正式诊断前十多年的数据，预测了包括阿尔茨海默症在内的3种痴呆症的发病率，准确率约为90%。研究人员表示，该发现可用于研发血液检测新方法，以识别患痴呆症的高危人群。但新的生物标志物在用作临床筛查工具之前还需要进一步验证。研究人员指出，人们通常只有当注意到记忆出现问题或其他症状时才会去医院进行诊断，而一旦被诊断出患痴呆症则为时已晚，因为这种病可能已发展多年。

近日，华东理工大学化学与分子工程学院教授郭志前课题组在淀粉样蛋白β（Aβ）斑块活体检测标准方法研究领域取得突破。相关研究以《近红外激活型聚集诱导发光探针制备及其对小鼠脑部淀粉样蛋白Aβ的检测应用》为题在《自然—实验手册》发表。神经退行性疾病与蛋白质错误折叠和病理积累息息相关。其中，阿尔茨海默症（AD）是一种起病隐匿的神经系统退行性疾病，也是痴呆症最常见的病症类型。值得注意的是，Aβ斑块积累是阿尔茨海默症最显著的病理特征。因此，开发可视化的荧光探针检测Aβ斑块对阿尔茨海默症的早期诊断至关重要。半个世纪以来，硫磺素衍生物（ThT或ThS）作为检测Aβ斑块的“金标准”染料，已被广泛用于AD大脑组织切片染色。然而，这类染料具有浓度猝灭、信噪比低和血脑屏障（BBB）穿透性差等缺陷，难以对Aβ斑块进行活体成像检测。特别是如何克服染料延伸波长的亲脂性需求与实现Aβ点亮型检测之间的矛盾是目前亟待解决的科学问题。针对现有商业染料ThT的固有缺陷，该研究提出分子设计策略并建立了标准化检测及成像应用方法：引入亲脂性噻吩桥连单元延伸发射波长至近红外区域，并满足穿透血脑屏障的亲脂性需求；利用本组聚集诱导发光母体喹啉腈克服染料浓度猝灭问题；优化亲水性磺酸盐基团取代位置，以保证探针分子在结合Aβ斑块前的状态。基于该策略发展的探针具有荧光波长长、检测信噪比高、Aβ亲和力好、BBB穿透性优异的特点，已成功实现对小鼠大脑中Aβ斑块的近红外荧光标记。该探针有望代替市售染料ThT进行高保真度组织学染色，在阿尔茨海默症新药筛选和药理研究中显示出巨大潜力。

以国立长寿医疗研究中心为主的研究小组，在使用血液检查方法进行痴呆症的诊断和痴呆症未发病患者发病风险的预测是否可行方面，已着手开展产学联合的多机构共同研究项目--“基于血液生物标志物的痴呆症综合层次化系统开发”（简称BATON项目）。 本项目得到日本医疗研究开发机构的支持，将在东京都健康长寿医疗中心、国立量子科学技术研究开发机构、近畿大学、名古屋大学、株式会社岛津制作所、东丽株式会社的联合研究体制下推进。 背 景 据估测，目前日本的老年痴呆症患者达500万人以上，而全世界范围则达到5,000万人以上，其防治方法已成为日本乃至全世界迫在眉睫的课题。为开发出可根治痴呆症的治疗方法和有效的预防办法，必须从众多群类中准确鉴别（层次化）出脑部有引发痴呆症病变的患者。然而，目前现有的PET检查和脑脊液检查均为价格昂贵或创伤性高的方法，因此，迫切需要开发在成本、安全性、简便性等方面具有明显优势的基于血液的检测方法。 BATON项目的目标与内容 国立长寿医疗研究中心与岛津制作所近日报道，已成功开发出了可高精度捕捉在痴呆症中占半数以上的阿尔茨海默症患者脑部β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积的血液生物标志物[1,2]。此技术在阿尔茨海默症的治疗用药与预防方法的开发上取得重大突破，在世界范围内备受瞩目的同时，实用化被寄予厚望。因而，早日实现该血液Aβ生物标志物的临床应用是本项目的第一目标。为此，从2020年6月开始，国立长寿医疗研究中心、东京都健康长寿医疗中心、近畿大学医学部三家机构联手，积极投入到研发之中，并与岛津制作所合作，力争在三年内实现实用化。 另一方面，为了全面防治痴呆症，非Aβ血液生物标志物的开发也十分重要。仅从阿尔茨海默症来看，脑部病情发展机理非常复杂，Aβ沉积后，会向Tau蛋白沉积阶段、神经变性阶段发展。所以最近开始通过用“ATN”（Amyloid，Tau，Neurodegeneration英文单词的首字母）将阿尔茨海默症进行阶段化分类把握病情的发展。目前捕捉Tau蛋白的沉积需要进行PET检查和脑脊液检查，而国立量子科学技术研究开发机构的德田等在全世界首次报告，可通过血液检测推断脑部的Tau蛋白沉积[3,4]，同时伴随神经变性而增加的一种叫NFL（neurofilament light chain）的蛋白质，用血液检测的技术也在确立中。 另外，东丽株式会社报告称，通过分析血液中的MicroRNA，可以鉴别发病频度仅次于阿尔茨海默症的神经变性疾病中的路易小体型痴呆。名古屋大学的胜野等正在致力于一项在发病前捕捉到路易小体型痴呆的大规模研究，因此，本项目对有助于路易小体型痴呆早期诊断的生物标志物的开发也备受期待。并且，东丽株式会社也在报告中称，血液中MicroRNA分析，有可能对鉴别脑血管性痴呆以及预测从轻度认知障碍向痴呆的发展有所帮助[5]。 图1：基于血液生物标志物的综合层次化系统 本项目的最终目标是验证这些血液生物标志物的临床有效性，通过与血液Aβ生物标志物的组合，开发基于血液检测的痴呆症综合层次化系统（图1）。这些验证将利用国立长寿医疗研究中心的生物样本库以及名古屋大学在临床研究中保存下来的已有样品进行，必要时，也考虑与其他大规模研究（机构）开展联合研究，力争在五年内实现实用化。 BATON项目的未来展望及贡献预测 通过本研发，期待主要在以下三个方面为医疗和社会做贡献（图2）。图2：本研发对医疗、社会的预期贡献 1、治疗用药研发：在目前的阿尔茨海默症治疗效验中，通过PET检查确认Aβ沉积被定为受试者的入选条件，因成本和疗效方面的原因成为阻碍治疗效验的重要因素。如果通过血液检测筛查事先进行层次化成为可能的话，那么，此类问题可望得到改善，并为治疗用药的开发做出巨大贡献。另外，在监测治疗效果时，可安全地进行反复检测的系统也可望发挥作用。 2、痴呆症诊治：由于仅凭临床症状准确鉴别诊断痴呆症并非易事，所以诊治现场需要有反映病理和病情的生物标志物信息。如果通过血液检测可获得这些信息，会对痴呆症的鉴别诊断有所帮助，也可对确定治疗方针以及根据病情发展预测制定护理计划方案助一臂之力。另外，还可用于进行PET检查和脑脊液检查的初期阶段检查，如此，可减轻患者的负担，节约医疗资源、减少护理成本。 3、预防医疗：以往在开发痴呆症有效预防方法方面的研究开展得很多，但由于通过生物标志物对大规模群集进行层次化实际上未能成功，因此，未能对照脑部的背景病理和病情对介入治疗效果进行仔细评估。如果通过血液检测进行层次化成为可能，就会成为促进痴呆症有效预防方法开发方面研究的巨大原动力。同时，如果未来应用到老年人体检上，通过对痴呆症高风险者的早期介入治疗和风险管理、改善生活习惯等，为预防痴呆症提供帮助，则可望为延长老年人的健康寿命，降低痴呆症的防治成本做出贡献。 关于BATON项目的标志 通过血液检测捕捉淀粉样蛋白、Tau及其他神经病理学变化的生物标志物的开发与合并方面的研究(Blood-based Amyloid，Tau and Other NeuropathologicalBiomarkers Project)简称为BATON。本项目并不是像治疗用药开发那样“直接确定目标”的研究，而是在加速推进痴呆症有效防治方法的开发上不可或缺的一项研究。此外，把握安全、简便、廉价的方法诊断痴呆症和推断痴呆症风险有用的信息，提供给痴呆症诊治现场和普通老年人，也是此研究的一个目标。 如此，从痴呆症研究人员、制药企业、临床诊治医生、普通老年人“连接接力棒”的意义上，将标志设计成了“传递接力棒”的形象。就像田径的接力赛一样，寓意向世界宣扬日本引以为傲的技术和团队合作，为人类的医疗做贡献。 参考文献 1. Kaneko N, Nakamura A, et al. Novel plasmabiomarker surrogating cerebral amyloid deposition. Proc. Jpn. Acad. Ser. BPhys. Biol. Sci. 2014 90:353-364.2. Nakamura A, Kaneko N, et al. High performanceplasma amyloid-β biomarkersfor Alzheimer’s disease. Nature. 2018 554:249-254.3. Tatebe H, Kasai T, et al. Quantification ofplasmaphosphorylated tau to use as a biomarker for brain Alzheimer pathology:pilot case-control studies including patients with Alzheimer' s disease and Downsyndrome. Mol Neurodegener. 2017 12:63.4. Kasai T, Tatebe H, et al. Increased levels ofplasma total tau in adult Down syndrome. PLoS One. 2017 12(11):e0188802.5. Shigemizu D, Akiyama S, et al. Risk predictionmodels for dementia constructed by supervised principal component analysisusing miRNA expression data. Commun Biol. 2019 Feb 25 2:77. doi:10.1038/s42003-019-0324-7. eCollection 2019.