追踪阿尔茨海默氏病的 Tau 生物标志物第 2 部分


Antonio V and Lei L 发布于 2021 年 1 月 13 日 03:00:00

大问题是: 哪些血浆生物标志物可用于准确预测患者阿尔茨海默氏病(AD)进展的严重程度? 由于此类分子必须从大脑中的神经元中分泌出来,扩散到间质液(ISF)中,然后扩散到 CSF 中,最后扩散到血浆中,因此我们可以合理地预期血液中的信号会大大衰减。

(阅读第 I 部分)

要成功地识别出用于报告脑发病机制的生物标志物,就需要开发具有极高灵敏度和良好设计的分析方法,以便对涵盖 AD 无症状期和症状期的多年纵向队列进行严格的回顾性研究,以测试特异性分析物的预测能力。

使用蛋白质组学,通过复杂质谱分析来靶向 tau 等候选物的计划显示出出色的分辨率,可以分析原始或亲和纯化的生物样品。但是,在生物标志物领域还需要考虑更多挑战,例如投放量。分析 20 个样本和 2000 个样本完全是两码事。另一个问题是分析不同批次和天数的整个样本队列的可靠性,更不用说样本量了。对于大型队列,将血样等分以通过尽可能多的方法进行分析。因此,产生结果所需的血液量以及未来诊断应用程序的复杂性和自动化的可能性成为关键因素。 

关于这些问题,无法实现使用超分辨率蛋白质组学分析 2000 个样本的队列,因为它过于复杂,通量低且使用了大量样本(在亲和纯化的情况下)。相反,免疫测定是测量患有 AD 的人血液样本中蛋白质的最直接、最可靠的工具。免疫测定具有高通量并且使用少量血浆,而且这不是昂贵的技术。 

由于 tau 上的大量磷酸化位点可能以任何组合方式被磷酸化或未磷酸化,因此检测 AD 患者血液中的 tau 十分复杂尽管 tau 的多个残基的磷酸化与 AD 有关,但几种非磷酸化的 tau 是AD的生物标志物候选物。 这些物种包括未修饰的 tau、不溶的 tau 和聚集的 tau。

但最重要的是,如上文所述,抗体是免疫测定的“灵魂”。仅改进免疫测定平台背后的技术不足以实现检测 AD 生物标志物的目标。 合适的、经过充分验证的抗体可以释放这些超灵敏系统的功能,而坏的抗体则会危害临床开发过程。

全世界的团体都在大量测试数十种商业抗体候选物,以及针对 AD、Ab 和 tau 中两种主要蛋白的新开发抗体,它们对捕获的亲和力更高,而对检测的特异性更高。这一步始终是最重要且最耗时的步骤。 

许多研究表明,特定的磷酸化 tau 物种是可以在血浆中测量的 AD 的主要生物标志物候选物。示例包括苏氨酸 181、苏氨酸 217 和丝氨酸 3964 的磷酸化 tau。未修饰的 tau 也称为总 tau,已被认为是 AD 的生物标志物,包括可溶的 tau、聚集的 tau 和不溶的 tau。这种方法是生物制药公司采用抗体捕获技术针对 AD 中这些蛋白质的几个程序的核心。制药公司中的多个计划也正在采用针对总 tau、PTM tau 和特定构象 tau 的方法,其中包括 Biogen、礼来公司和诺华等许多公司。因此,测量所有这些 tau 物种对于确定可舒适用作生物标志物的最佳 tau 至关重要。tau 的生物学既丰富又复杂,寻找 tau 生物标志物是一项巨大的挑战。

而且,现代免疫测定法有许多新的改进,旨在提高灵敏度。科学家通常使用一系列技术,包括电化学发光平台(Meso Scale Discovery)、基于珠的单分子计数 Simoa HD-1(Quanterix)和基于平面阵列的 Simoa SP-X(Quanterix)。 在不同平台之间,灵敏度范围设置为高皮克-ml-1 至低皮克-ml-1。 除了灵敏度之外,由于血液基质的复杂性以及所讨论的分析物本身的天然构象,是否可以在任何平台上准确测量分析物也有待测试。 因此,反复试验是判断特定分析物最佳平台的唯一途径,同时也使用几种生物学模型。

CST 与布里格姆妇女医院和哈佛医学院的 Dennis Selkoe 博士和 Liu Lei 博士的学术实验室之间正在进行合作,正在开发验证针对不同的 的兔单克隆抗体和 tau 物种,以及其他可能的候选物,包括 presenilin-1、尼卡斯特林和其他几个靶标。 兔免疫系统对小抗原的免疫反应有所改善,可产生识别更多种表位的抗体。 利用这些优势,我们可以设计抗体以通过小的截短或翻译后修饰(例如磷酸化和乙酰化)来区分不同的 Aβ 和 tau 物种。 Selkoe 博士和Liu博士在脑脊液和血浆中可以使用多年纵向队列,这是将我们的知识付诸实践的独特机会,而且这两个群体都将受益于对 AD 知识和进步的贡献。

参考文献:

  1. Mattsson N, et al. CSF biomarkers and incipient Alzheimer’s disease in patients with Mild Cognitive Impairment. CSF Biomarkers and Alzheimer’s disease。2009.
  2. Tauvid approved by FDA imaging tau pathology by PET.
  3. Leuzy A, Heurling K, Ashton NJ, Schöll M, Zimmer ER. In vivo Detection of Alzheimer's Disease. Yale J Biol Med. 2018;91(3):291-300. doi:10.1371/journal.pone.0038284。
  4. Barthélemy NR, et al. Cerebrospinal fluid phospho-tau T217outperforms T181 as a biomarkerfor the differential diagnosis of Alzheimer’s disease and PET amyloid-positive patient. Alzheimer’s research and Therapy€。2020.

 

仅供研究使用。不得用于诊断流程。

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