阿尔茨海病是最常见的痴呆类型，目前除了淀粉样蛋白成像技术可针对其主要病理生理学过程进行定量评估之外，还存在其他多种非淀粉样蛋白成像的方法。近期 Medscape 网站刊登一篇综述总结了 AD 患者中非淀粉样蛋白 PET 成像方法，包括针对 Tau 蛋白、神经炎症、神经递质传递障碍等等，并指出了未来研究的方向，一起来学习下吧。
简介
阿尔茨海默病是导致痴呆的最主要病因，其主要特征为隐袭起病，出现记忆、注意力以及语言功能方面进行性损害；其主要的神经病理标志物包括β淀粉样蛋白（Aβ）在细胞外沉积，以及过磷酸化 Tau 蛋白在细胞内的聚集。AD 首个临床诊断标准是 1984 年由 NINCDS-ADRDA 联合工作小组提出的。这些诊断标准认为 AD 的临床和神经病理学特征存在一一对应的相关性。
尽管这些标准实用性强，并且广泛被采用；随着 AD 临床和神经病理学特征方面的重大进展，我们可通过生物标志物在体检测 AD 病理生理学情况，目前已达成共识认为上述标准应该进行修订。这些修订主要是由国际工作组（IWG）发起，并会通过其他一些国家阿尔茨海默及老龄化工作组进一步推进，最终生成了一些新的诊断标准，包括无症状性阶段、临床前阶段，由 AD 导致的轻度认知功能障碍（MCI）以及 AD 痴呆阶段。
目前越来越多地采用神经影像学技术在活体大脑内进行功能和分子定量影像学评估，尤其是 PET 成像（见图 1）。PET 是无创性检查，可以通过短效的放射性化学物质与感兴趣的病理生理过程之间相互作用定量观察脑内生物学过程，其敏感性在纳摩尔至匹克摩尔之间。
图 1. PET 成像过程（A）在放射性化学设备内部产生短效的放射性同位素（B）制成放射性探针（C）到达医院研究机构（D）PET 扫描前（E）扫描中记录放射活性的分布（F）由影像专家或临床医生进行分析或解读
而目前大部分在 AD 患者中进行的 PET 研究主要集中对淀粉样纤维沉积特征的研究，越来越多的「非淀粉样蛋白性」放射学化学物能够对神经退行性变（葡萄糖代谢和磷酸化 Tau 蛋白）、神经炎症（星型胶质细胞聚集，小胶质细胞聚集以及磷脂酶）以及神经递质传导障碍（胆碱能、多巴胺能、5-羟色胺能以及其他，见图 2）等进行在体观察和定量研究。
图 2. 能够采用 PET 进行定量评估的 AD 病理生理学事件
神经退行性变的 PET 生物标志物
1. Tau 蛋白病理成像
目前已知过度磷酸化 Tau 蛋白的错误折叠和聚集形成神经纤维缠结（NFT）在 AD 病理发生机制中占有重要的作用。越来越多的证据表明 Tau 蛋白病变可通过朊病毒样方式自体增殖，并在不同的脑区间进行传播，破坏神经元功能，最终导致神经元丢失以及认知功能障碍。
已有研究显示脑脊液 Tau 蛋白水平增加与疾病严重程度相关--AD 患者脑脊液中出现 Tau 蛋白可反映神经退行性变的过程--但是用脑脊液 Tau 蛋白作为 AD 的生物标志物仍然存在争议。目前急需对 Tau 蛋白病变的无创性的定量检测方法。
在此背景下，一些 PET 研究小组近期开发了一些新型化合物种类，其动力学特征较为合适，对 Tau 纤维具有高亲和性或选择性亲和性，在筛选了 900 多个化合物之后，研究人员明确了一些苯并咪唑嘧啶衍生物可作为可能的 Tau 蛋白配体，包括 [18F]T-807 和 [18F]T-808。
采用 AD 患者脑切片的放射自显影的方法显示 [18F]T-807 与 NFT 有很强的结合力，对于 Tau 蛋白的选择性结合力是 Aβ的 29 倍。此外，对邻近组织切片采用 NFT 和 Aβ的双重免疫组织化学染色以及 [18F]T-807 放射自显影方法显示 [18F]T-807 与免疫活性的 NFT 结合，但并没有与 Aβ1-42 的斑块结合。
苯基喹啉衍生物对 Tau 蛋白聚集具有很高的亲和力和选择性，Tohoku 研究小组采用 [18F]THK-523 这一首个 Tau 蛋白 PET 放射示踪剂进行了前驱性的研究。分析显示 [18F]THK-523 存在对 tau 纤维缠结的结合亲和力，其在海马的 Sommer 区，内嗅皮层β层聚集。这些研究结果与免疫组化学证实的成对的螺旋丝样结构 Tau 蛋白沉积的密度相一致。
随后的放射自显影以及组织荧光学的研究显示 [18F]THK-523 结合 NFT 的部位与 Tau 免疫活性定位一致，没有检测到可与 Aβ斑块结合。而相反，在淀粉样蛋白前体物以及早老素 1 突变（APP/PS1）的动物模型中则没有观测到共定位的情况。近期免疫组织化学和免疫荧光研究显示，THK-523 在非 AD 的 Tau 蛋白病变中并不结合 Tau 蛋白包涵体。
在进行了改善特异性的优化后产生了第二代的喹啉衍生物，即 [18F]THK-5105 和 [18F]THK-5117。采用 [18F]THK-5105 和 [18F]THK-5117 进行的在体结合分析显示其对剪切的 Tau 蛋白纤维具有很高的结合力--该纤维是由 4 个重复区域（244-372）组成，而赖氨酸 280 缺失--两种示踪剂都显示优于 [18F]THK-523。
采用 AD 患者脑切片和 [11C]PIB 成像方法对 THK-5105 进行进一步评估显示，在 Tau 蛋白富集区，包括岛叶、颞下回、颞中回、扣带回、海马/海马旁回等存在 THK-5105 聚集的浓度，示踪剂滞留的类型对应已知的 Tau 蛋白病变的分布，而不是 Aβ沉积的区域或 [11C]PIB 滞留区域。
在对一些能够结合β折叠结构的荧光化学物进行筛选后，开发了一类苯基/吡啶基-丁二烯基-苯并噻唑（PBBs）化合物作为 Tau 蛋白配体，其可用于可视化各种不同结构形式的磷酸化 Tau 蛋白，并进行定量评估。采用这些化合物中最有希望的一种，碳 11 标记的 PBB [11C]PBref-3 进行的双光子显微镜数据提供了很强的证据表明，其能够迅速地透过血脑屏障以及神经元浆膜，与神经元内 Tau 包涵体结合。
采用体外放射自显影技术和 AD 脑组织检查也得到了类似的结果，额叶皮层、海马 Sommer 区以及下托内的 Tau 蛋白纤维聚集出现显著的放射性标记。一项在很可能 AD 患者中进行的采用 [11C]PBref-3 的探索性临床 PET 研究显示，在外侧颞叶和额叶皮层出现示踪剂滞留增加--这与 Braak 分期 V/VI 期 tau 蛋白病变的分布是相一致的。
2. 脑葡萄糖代谢成像
[18F]FDG PET 应用于 AD 神经退行性方面的研究已有很长时间，脑葡萄糖代谢可反映脑内神经元的活性，也可作为神经突触密度的一个标志物。在 AD 患者中发现脑代谢障碍呈现一种特定区域性分布的模型，即在额颞叶、楔前叶、后扣带回以及内侧颞叶区可见葡萄糖代谢的减低（详见图 3）。
随着疾病的进展，这些低代谢的区域逐渐向额叶相关区域扩展，而视觉皮层、初级感觉运动皮层、基底节以及丘脑、小脑等区域相对保留。
图 3. AD 患者和认知功能正常者中 [18F]FDG PET 成像表现
而这种低代谢的类型也在绝大部分临床诊断为 AD 的患者和超过 85% 的病理确诊的患者中得到了证实；不同的局灶性皮层表现的 AD 患者中，这种低代谢的范围和分布不同。特别是，相对于典型的 AD 患者，后皮层萎缩的患者存在枕顶叶以及额眼区选择性低代谢，而 logopenic 型原发性进行性失语则与不对称性左侧颞顶叶低代谢有关。
同样在早发型 AD 患者中也会出现较明显的低代谢--轻度痴呆患者中出现的代谢减低与晚发型重度痴呆患者中的情况类似，该结论与另一项研究显示早发型 AD 患者进展更快的结论是相一致的，可能与认知储备理论相关。
在 MCI 患者中，对于 AD 患者常受累的脑区也可见到代谢的异常，尽管其下降幅度较小，然而海马前部结构的差异也可鉴别出 MCI 患者和健康对照者。在转化研究中，那些出现显著代谢异常或「AD 样」代谢类型的 MCI 患者进展为 AD 的发生率更高，葡萄糖代谢的下降预测 AD 的发生准确率约为 75%–100%。
此外，[18F]FDG 也可被用于鉴别进展性 MCI 和非进展性 MCI，尤其是当与记忆评分联合使用时；进展性 MCI 患者在顶叶和后扣带回皮层出现典型的 AD 低代谢类型，并且记忆损害更加严重。在非进展性 MCI 患者中，记忆障碍的程度较轻，低代谢区局限于背外侧额叶皮层，这与该区域在情景记忆过程中，比如编码和提取过程中的作用相一致。
[18F]FDG-PET 也同时被用于研究认知功能正常的老年人进展为 MCI 和 AD 的可能，已有研究显示 [18F]FDG-PET 可预测该人群中认知功能下降，其准确性接近 80%。在临床症状出现前数年就已经出现了葡萄糖代谢的进行性减退，在皮层出现下降之前就出现海马区代谢的下降。
神经炎症的 PET 生物标志物
1. 小胶质细胞激活成像
AD 与神经炎症过程相关，其关键性细胞事件是在神经退行性变受累的区域出现激活小胶质细胞的聚集。在散发性和家族性 AD 患者中，在疾病早期就出现显著的小胶质细胞激活，激活小胶质细胞显著增加，伴有神经炎性斑块（含有纤维状 Aβ）的形成。已有研究采用 TSPO（周围性苯二氮卓类受体）的特异性配体 [11C]PK11195 对小胶质细胞激活进行定量评估。
已开发了针对 TSPO 的其他配体，旨在改善药代动力学以及特异性。比如，采用 [11C]DAA1106 的研究显示，与对照者相比，AD 患者中有强效的结合；采用 [18F]FEDAA1106 或 [11C]AC5216 在 AD 样转基因模型的临床前 PET 研究中取得了有希望的结果。
此外，一项近期的临床研究显示，与健康对照者相比，在 AD 患者中 [18F]FEDAA1106 的结合没有增加，而 MCI 中显示广泛性增加，通过 5 年内随访，可预测这些患者转化为 AD 痴呆。尽管还没有在 AD 患者中进行检测，[11C]AC5216 在健康对照者中已经显示优于 [11C]PK11195 的药代动力学特征和更高的亲和力。
2. 反应性星形胶质细胞成像
在 AD 尸检组织中普遍可观察到胶质纤维酸性蛋白和星形胶质 S100B 蛋白表达增加，提示反应性胶质细胞数量增加。单胺氧化酶 B（MAO-B）是一种主要表达于反应性星形胶质细胞线粒体膜上的酶，一项采用 MAO-B 高亲和力/特异性的配体 [11C]DED 的 PET 研究显示，在 MCI 患者中结合增加，提示星形胶质细胞增多是 AD 的早期事件。
3. 磷脂酶活性成像
小细胞源性神经炎症细胞因子能够使星形胶质细胞炎症因子受体与 cPLA2 和 sPLA2 相结合，PLA2 是一种钙依赖性酶，其激活可导致膜磷脂中的酯化花生四烯酸（AA）水解。一氧化氮的释放可通过 cPLA2 的作用促进膜 AA 水解。确实也在 AD 患者中观察到细胞因子水平的增加，同时也发现 cPLA2 和 sPLA2 水平表达，AA 代谢产物的 CSF 水平，以及谷氨酸能标志物的表达增加，这提示 AD 与 AA 代谢增加相关。
采用 1-[11C]-AA 的初步研究支持了这一假说，在老年斑和活化小胶质细胞增加的新皮层区出现结合系数的增加。从这个意义上说，1-[11C]-AA 结合的增加代表了继发于神经炎症过程的 AA 代谢上调，采用 1-[11C]-AA 的 PET 成像可能可用于评估 AD 患者的神经炎症过程。
神经递质传导的 PET 生物标志物
1. 胆碱能神经递质传导成像
众所周知，胆碱能系统变性是 AD 的主要生化学和组织病理学特征之一，AD 患者脑内乙酰胆碱（Ach）以及 AchE（乙酰胆碱酯酶，介导 Ach 水解的最重要酶类）水平出现一致性的降低。的确，采用放射性标记的 Ach 类似物，比如 [11C]PMP 和 [11C]MP4A（两者本身也是 AchE 的底物）可用于检测 AchE 的体内活性。
采用 [11C]PMP 和 [11C]MP4A 进行的 PET 研究均显示 AD 皮层活性降低，颞叶皮层出现降低的程度最明显。已有研究显示，在 AD 患者中，由 [11C]PMP 代表的 AChE 活性与执行功能显著相关。在 MCI 患者中也显示 AchE 活性降低，尤其是在那些随后转化成为 AD 的患者中，提示 AChE 活性可能是临床前 AD 的一个标志物。
Ach 在中枢神经系统内通过配体门控的烟碱型 Ach 受体（nAChRs）和 G 蛋白偶联毒蕈碱受体（mAChRs）来发挥作用，nAChR 由五个亚单位组成，包括α2–α10 以及 β2-β4 不同组成；已知 Ach 在注意力、学习和记忆神经通路中发挥重要作用。
目前为止，已有少数以 mAChR 为靶点的 AD 患者的 PET 研究。采用一种选择性 2 型 mAChR 示踪剂 [18F]FP-TZTP 显示在 AD APOE ε4 携带者中显示较高的结合。针对 nAChRs 的研究数量较多，已有三大类放射性化学物质被用于 PET 研究：烟碱以及其衍生物，3-吡啶基衍生物（包括 2-[18F]A-85380）以及地棘蛙素衍生物。
采用 [11C] 烟碱的 PET 研究显示在 AD 患者中 nAChR 数量减少，而这种减少与执行功能，尤其是注意力的损害显著相关。在采用 2-[18F]A-85380 的研究中，采用一种特异性针对α4β2 nAChR 亚型的示踪剂表明研究与既往结果不一致，研究发现在 AD 患者和年龄匹配的健康对照者之间无显著差异，在 MCI 和 AD 患者中α4β2 受体均减少。
近期的方法开始进行针对α7nAChR 亚型的选择性 PET 示踪剂的开发。α7 亚型和α4β2 亚型是人脑内最多见的 nAChR 的类型，在神经可塑性、感觉门控和记忆功能中发挥重要作用。然而，与α4β2 亚型在 AD 患者中数量下降相比，α7 亚型在 AD 患者中大部分保持相对完整，因此其本身可以作为新型治疗方法的一个潜在靶点。
2. 多巴胺能神经传递成像
采用 PET 成像可评估多巴胺的合成、受体密度、摄取系统、囊泡转运体以及神经递质释放。与其他神经退行性疾病相比，采用 [18F] 氟多巴成像研究显示 AD 患者中多巴胺合成相对保留，即使是在出现轻度「帕金森样」肌强直的患者中。采用 [11C] 雷氯比利进行评估发现，与对照者相比，AD 患者中出现多巴胺 D1 受体拮抗剂 [11C]NNC756 在纹状体内摄取减少，而纹状体多巴胺 D2 受体没有出现显著减少。
两种示踪剂的研究结果和 MMSE 评分或采用 UPDRS 评分评估的锥体外系症状无关。采用多巴胺 D2/D3 受体拮抗剂 [11C]FLref-457 进行的研究发现，在 AD 患者中出现海马和额叶皮层 D2 受体减少，而右侧海马的减少与语词记忆以及陈述性命名评分显著相关。
此外，采用一种可卡因类似物 [11C]β-CFT 研究发现，在 AD 患者中纹状体多巴胺再摄取减少，这种减少的严重程度与锥体外系症状严重程度相关。一些采用 [11C]DTBZ 进行的 PET 研究支持其使用促进 AD，路易体痴呆和帕金森病痴呆的鉴别诊断，[11C]DTBZ 可与囊泡单胺转运体 2 相结合，成为多巴胺能突触前完整性功能评估的一种可靠的标志物。
3. 5-羟色胺神经传递成像
5-羟色胺（5-HT）能系统的紊乱广泛存在于情绪和焦虑障碍的病理生理学机制中，研究已显示其在 AD 患者神经精神症状的发生中也发挥类似作用。AD 患者中已经发现中缝核 5-羟色胺能神经元丢失，紧邻皮层或近皮层的 5-羟色胺能神经末端功能障碍，但在这些结果与神经精神症状的相关性方面显示出矛盾的结果。
采用一种特异性 5 HT2A 受体相结合的配体 [18F] 司托哌隆的研究显示，皮层 5 HT2A 数量显著下降，尤其是在额顶叶、颞叶、枕叶皮层以及顶颞交界区部位更为明显。此外，没有观察到配体结合与痴呆严重程度（采用 MMSE 量表进行评估）之间的相关性。
在一项采用 [18F]MPPF 评估 5 HT1A 受体密度的 PET 研究中发现，AD 患者海马和中缝核中受体密度显著降低。海马中受体密度减少与临床严重程度（采用 MMSE 量表评估）有较强的相关性。
4. 其他神经递质成像
大量尸检研究显示，AD 患者脑内去甲肾上腺素（NE）主要来源的神经核团蓝斑核（LC）内细胞数量显著下降；去甲肾上腺素转运蛋白（NET）的水平也显著下降。在一项采用 NET 选择性 PET 配体 (S,S)-[18F]FMeNER-D 的放射学研究显示，与健康对照者相比，AD 患者脑组织切片丘脑和蓝斑核中 NET 的密度显著降低。
这些研究结果提示，NET 水平可能作为 AD 的一个潜在生物标志物；与蓝斑核相比（考虑到其体积较小，而目前诊断性 PET 扫描的空间分辨率有限），丘脑可能是未来采用 (S,S)-[18F]FMeNER-D 进行在体 PET 研究的一个合适的靶点。
已有研究发现组胺能受体在调节学习，记忆以及注意力的过程中发挥重要作用，并且参与抗凋亡通路，在海马水平介导神经保护性作用。组胺能障碍可能导致 AD 患者的认知功能障碍。
考虑到内源性阿片类受体在行为和认知方面调节性的作用，也有采用 PET 探索 AD 患者中阿片能系统作用的研究，观察表明高剂量的阿片拮抗剂纳洛酮可导致正常人出现认知功能障碍，尸检研究也显示 AD 患者中阿片类受体减少。
最后，一项采用 AD 患者海马组织自体放射学和病理学尸检研究显示，腺苷 A1 受体的密度显著减少。观察发现尽管 AD 患者中内侧颞叶皮层出现显著的神经元丢失，但通过 [18F]FDG PET 并没有显示内侧颞叶皮层低代谢的情况；据此，Fukumitsu 等认为，一种具有腺苷 A1 受体亲和力的示踪剂 [11C]MPDX 或能作为 AD 的诊断性生物标志物之一。
AD 非淀粉样蛋白 PET 生物标志物的局限性
绝大部分针对非淀粉样蛋白病理过程的 PET 放射性示踪剂均是采用碳 11（11-C）进行标记的，而该种同位素半衰期较短（约为 20 分钟），这是其最主要的局限性之一。目前已有氟-18 放射性化学物质，其半衰期大概有 110 分钟，能够集中生产并在区域分销，因此，仅有 [18F]FDG 被批准应用于临床中。
在应用 TSPO 配体方面，TSPO 基因外显子 4 中一种常见的单核苷酸多态性（rs6971）的携带者中配体的亲和力不一，这妨碍了 TSPO 配体的进一步临床应用。由于在各种神经退行性疾病中均广泛存在神经炎症、过磷酸化 Tau 蛋白沉积、神经递质传导系统调节异常以及脑低代谢等改变，因此 AD 中应用这些 PET 成像方法的特异性也是其局限性之一。
结论及展望
目前领域内的研究仍集中于 Aβ沉积方面，然而越来越多的采用功能影像和分子 PET 成像的研究表明，AD 的临床演化是由下游的过程所驱动的，采用针对过磷酸化 Tau 蛋白、脑葡萄糖代谢、神经炎症以及单胺能和相关的递质系统的示踪剂研究结果显示，这些均与不同的认知和临床行为学指标相关。
基于近期生物标志物研究基础上，领域内的研究开始转向 AD 的早期诊断，并且意识到存在较宽的时间窗可能进行新型疾病修饰治疗。尽管目前尚没有一种疗法在 III 期研究中证实有效，目前仍有许多主要针对淀粉样蛋白和 Tau 蛋白的治疗策略在研究之中。
因此，例如需要采取 [18F]FDG 和 Tau 蛋白配体的多种示踪剂方法应用于症状性治疗和疾病修饰治疗研究中，以明确 Tau 蛋白治疗以及治疗反应等。类似地，神经炎症分子成像也有助于评估抗炎症干预疗效。最后，基于目前已有的大量文献报道的精神病药物的疗效；针对神经递质的示踪剂将有助于开发治疗 AD 神经精神症状的药物，并进一步细化目前的治疗方案，改进研究设计。
