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Brain:异染性脑白质退化症(MLD)中的神经丝轻链(NF-Light)蛋白和胶质纤维酸性蛋白(GFAP)水平

发布:大分子生物 阅读量: 神经医学 2022-06-20

期刊:Brain

影响因子:13.501

分类:神经医学

发表时间:2022年3月29日

研究机构:Amsterdam University Medical Centers

研究背景

异染性脑白质病变(Metachromatic leukodystrophy,MLD)是一种由芳基硫酸酯酶A活性不足所引起可致命的代谢性脑白质病变。通常患者会表现出严重的神经功能恶化,其特征是丧失所有运动和沟通技能,并最终过早死亡。而根据症状发作的年龄,可以将其分为晚期婴儿(2.5岁)、早期青少年(2.5~6岁)、晚期青少年(6~16岁)和成人(>16岁)四类临床表型。自然病程可分为4个阶段,首先临床前期的患者具备正常的活动及认知能力;然后是稳定期,会出现发育缓慢迟滞以及一些最初的症状;接着是快速发展期,由于中央髓鞘脱失导致运动功能也快速缺失,最后则是患者症状稳定在较低的运动认知功能并缓慢恶化直至死亡,晚期青少年和成人发病的患者可能主要表现为行为和认知症状,而不像早期发病的患者那样出现快速的运动功能恶化,因此,预测这些患者的疾病进展尤其具有挑战性。在治疗MLD患者的早期疾病阶段中,异体造血干细胞移植(HSCT)是一种新兴的治疗方法。此外,造血干细胞基因治疗(HSC-GT)对于发病早期阶段的病人也具备治疗能力。

本研究旨在研究血液中神经丝轻链蛋白和胶质纤维酸性蛋白水平(bNFL和bGFAP)与异色性脑白质病变(MLD)疾病活动的潜在关联。

研究方法

1.受试者

共纳入了来自荷兰阿姆斯特丹脑白质病变中心MLD队列的27名受试者和同一队列的13例患者。此外,本研究也纳入了两个匿名参考队列,第一个队列是由由38名年龄在0.3至17.5岁之间的疑似神经系统疾病的儿童组成;第二个队列来自先前报道的内部参考队列,该队列由38名年龄在18至45岁之间的健康志愿者组成。

2. 样本收集及处理

对照组以及MLD患者的样本主要是临床护理中静脉穿刺以及腰椎穿刺获取的样本,脑脊液样本通过腰椎穿刺收集在聚丙烯收集管中并保存在-80℃或-30℃;血液样本在腰椎穿刺采样前后收集在EDTA、肝素抗凝血浆采集管以及血清采集管中,并在室温下1800×g离心10min,分离的血浆以及血清按0.5ml/管进行分装并保存在-80℃或-30℃,-30℃长期保存并不会影响样本中NFL以及GFAP的水平。

3. NFL以及GFAP检测

使用Quanterix Simoa HD-X单分子超灵敏免疫分析平台以及配套的NFL Advantage kit、GFAP Discovery Kit对样本中的GFAP以及NFL蛋白含量进行双重复检测,NFL与GFAP分析内平均CV均<10%。

主要结果

1. 受试者疾病信息统计

40例MLD患者的年龄在0岁到42岁之间,男性患者占比50%(20例)。而婴儿晚期临床表型有7例(17.5%),青少年早期临床表型7例(17.5%),青少年晚期临床表型18例(45%),成人临床表型8例(20%)。总共有19例(48%)患者接受了HSCT(17例)或HSC-GT(2例)治疗。有症状的患者(69%)比症状前的患者(36%)在诊断时更能观察到中度至重度周围神经病变。而运动表型患者(100%)高于混合型或认知型患者(分别为50和25%)。相比之下,运动表型患者诊断时MRI严重程度评分中位数明显低于混合表型患者。此外,运动表型患者的平均年龄比混合表型患者或认知表型患者更小。在对照组中,男性儿童占比63%(24例),14名女性儿童占比37%(14例)。男性成年人占比42%(16例),女性成年人占比58%(22例)。

Table 1 患者和对照组的人口统计学和疾病特征

Table 1 患者和对照组的人口统计学和疾病特征

2.儿童实验组NFL、GFAP含量变化

儿童对照组的神经丝轻链(NFL)和胶质纤维酸性蛋白(GFAP)水平儿童对照组共有38例样本,其中,有33例是采集了脑脊液和血液样本,有4例只采集了脑脊液样本,有1例是只采集了血液样本。在34例血液样本中,有32例是采集的肝素血浆,有2例是采集的EDTA血浆。校正年龄后,男性和女性之间的基线cNFL和bNFL水平之间没有差异,cGFAP和bGFAP水平之间也没有差异。而脑脊液和血液中的NFL和GFAP水平与年龄则呈负相关。虽然NFL和GFAP水平与年龄之间并不存在线性相关,但在最早期时NFL和GFAP水平是呈现出急剧下降的趋势。因此,在健康对照组中,脑脊液和血液中的NFL和GFAP水平先是降低,然后随着年龄的增长会再次升高。

Figure 1 对照组的NFL和GFAP水平

Figure 1 对照组的NFL和GFAP水平

3.MLD血液中的NFL变化

异染性脑白质营养不良(MLD)诊断时血液中的NFL水平对11份脑脊液和92份血液样本(肝素血浆1份,EDTA血浆76份,血清15份)进行NFL水平测定,其中有6份脑脊液和27份血液样本是在诊断时测定的。在确诊患者中,有症状患者的中位bNFL水平在136pg/ml,而症状前患者的中位bNFL水平在14.7pg/ml。与对照组相比,两组患者的bNFL水平均显著升高,且发病时间较早的临床表型患者的bNFL水平升高幅度较大。晚期婴儿、早期青少年、晚期青少年和成人MLD患者的中位bNFL水平分别在456pg/ml、291pg/ml、38.6pg/ml和33.8pg/ml。从所有患者的单变量分析结果中可知,诊断时bNFL水平与婴儿晚期或青少年早期临床表型、症状存在、诊断时严重至中度周围神经病变和疾病快速进展呈正相关。在多变量模型中,婴儿晚期或青少年早期的临床表型和治疗过程与bNFL水平独立相关。引人注意的是,诊断时MRI严重程度评分与bNFL水平无关。

Figure 2 MLD诊断时患者血液中的NFL和GFAP水平

Figure 2 MLD诊断时患者血液中的NFL和GFAP水平

Table 2 诊断时血液中NFL水平与MLD患者临床参数之间的关联

Table 2 诊断时血液中NFL水平与MLD患者临床参数之间的关联

4. MLD血液中的GFAP变化

异染性脑白质营养不良(MLD)诊断时血液中的GFAP水平对4份脑脊液和88份血液标本(肝素血浆1份,EDTA血浆81份,血清6份)进行GFAP水平测定,其中有27份血浆样本是仅在诊断时采集。诊断时,有症状的患者的中位数bGFAP水平在591pg/ml,症状前患者的中位数bGFAP水平在403pg/ml。与对照组相比,有症状的患者bGFAP水平显著增加,但症状前患者的中位数bGFAP水平却并没有变化。GFAP水平升高在临床表型较早的患者中表现的最为显著。晚期婴儿、早期青少年、晚期青少年和成人MLD患者的中位bGFAP水平分别在1069pg/ml、1150pg/ml、338pg/ml和192pg/ml。诊断时bGFAP水平与取样的年龄、晚期婴儿或早期青少年临床表型、诊断时严重至中度周围神经病变和疾病快速进展呈正相关,而单变量分析显示,bGFAP水平与治疗进展呈负相关。但在多变量模型分析中显示,只有晚期婴儿或早期青少年临床表型与bGFAP水平独立相关。然而,与认知表型相比,GFAP水平与运动表型之间存在正相关。诊断时MRI严重程度评分与bGFAP水平则无关。

Table 3 诊断时血液中GFAP水平与MLD患者临床参数之间的关联

Table 3 诊断时血液中GFAP水平与MLD患者临床参数之间的关联

5.MLD临床诊断与NFL、GFAP间的关联

NfL和GFAP水平与诊断时疾病快速进展之间的关联虽然疾病进展迅速的患者中位bNfL水平要高于疾病进展缓慢的患者,但这种差异仅在婴儿晚期或青少年早期MLD患者中才有统计学意义。有趣的是,疾病进展迅速的晚期婴儿和早期青少年MLD患者的中位bGFAP水平也高于疾病进展缓慢的患者,而疾病进展迅速和不迅速的晚期青少年和成人MLD患者的中位bGFAP水平相似(figure 2)。

血液中的NfL水平与年龄相匹配的对照组相比,未经治疗和治疗的患者血液中的NFL水平在一段时间内仍然升高,甚至在诊断和治疗20年后也是如此。在一段时间内,治疗患者的中位bNFL水平要低于未治疗的患者。此外,bNFL水平会随着年龄和随访时间的增加而降低。然而,在接受了HSCT治疗后第一年内的患者中,bNFL水平先是上升,然后是相对急剧的下降。重要的是,在治疗时出现症状的患者中,随着时间的推移,bNFL水平高于症状前治疗的患者。

GFAP 水平与年龄相匹配的对照组相比,未经治疗和接受治疗的患者血液中中位数GFAP水平是随着时间的推移逐渐升高,尽管有些年轻的患者在接受HSCT治疗几年里后,bGFAP水平会下降到正常值。随着时间的推移,婴儿晚期、幼年早期和幼年晚期临床表型与较低的bGFAP水平相关联。此外,MRI诊断时的严重程度评分与bGFAP水平呈正相关。bGFAP水平会随年龄增加而降低。

随着时间的推移,血液NFL和血液GFAP水平与大脑MRI疾病进展在随访中,晚期婴儿临床表型患者的MRI严重程度评分总体上低于早期青少年、晚期青少年或成人临床表型患者,但MRI严重程度评分增加较高,这也表明随着时间的推移MRI恶化得更快。随访期间较高的MRI严重程度评分与较高的bNFL水平和bGFAP水平相关。然而,MRI恶化仅与较高的bNFL水平相关,而与bGFAP水平无关。

脑脊液和血液中NFL和GFAP水平的相关性在儿童对照组中,脑脊液中位数NFL水平在101pg/ml,比血液中的中位数NFL水平高17.3倍。而脑脊液中位数GFAP水平在5564pg/ml,比血液中的中位数GFAP水平高15倍。脑脊液中的NFL水平和GFAP水平与血液中的NFL水平和GFAP水平呈中度相关,但在校正年龄和性别后,脑脊液中的NFL水平和GFAP水平与血液中的NFL水平和GFAP水平不存在相关性。在患者相配对的样本中,脑脊液中的中位数NFL水平在7955pg/ml,比血液中的中位数NFL水平高56倍,远高于对照组。此外,cNFL水平与bNFL水平是高度相关,在校正年龄和性别后,这种相关性仍保持不变,cNFL水平增加10%,bNFL水平增加10.6%。

Figure 3 根据年龄或诊断后对未治疗和治疗的MLD患者进行纵向比较

Figure 3 根据年龄或诊断后对未治疗和治疗的MLD患者进行纵向比较

Table 4 血液中NFL水平随时间推移与未治疗和治疗的MLD患者临床参数之间的多变量关联

Table 4 血液中NFL水平随时间推移与未治疗和治疗的MLD患者临床参数之间的多变量关联

Table 5 未治疗和治疗的MLD患者血液中GFAP水平随时间推移与临床参数之间的关联

Table 5 未治疗和治疗的MLD患者血液中GFAP水平随时间推移与临床参数之间的关联

结论

异染性脑白质病变在临床和治疗随访活动中需要通过测量生物标志物水平变化来评估疾病进程,为了确定CSF和血液中NFL和GFAP水平作为MLD活性生物标志物的价值。本研究通过儿童组和成人组比较发现,与对照组相比,MLD患者血液中的NFL和GFAP水平显著增加,并且确诊患者中高水平的NFL与GFAP情况与更严重的临床表型和更高的疾病活动性相关,从而可预测临床进展。此外,还发现自诊断开始bNFL水平会随着时间的推移而下降,但在所有接受移植治疗患者中仍然升高,而在早期或晚期青少年临床表型的移植患者中,bGFAP水平会下降至正常水平。因此,bNFL是一种表现优于bGFAP的MLD疾病活动的生物标志物。

研究发现,在未经治疗的患者中,自诊断开始bNFL水平随着时间的推移反而下降。这可能反映了从疾病快速进展阶段到缓慢恶化或临床稳定阶段的转变,与神经轴突丢失平行,神经轴突丢失在开始时很严重,但在后期会消失,这就导致残留组织减少从而将NFL释放到脑脊液和血液中。与bNFL相反,在症状前患者中,bGFAP水平并没有增加,而大多数未经治疗的患者在诊断后bGFAP水平会继续增加。此外,随着时间的推移,较高的bGFAP水平与较高的MRI严重程度评分和成人临床表型相关。但是,bGFAP升高的机制尚不清楚。

此外,在症状前阶段接受移植的患者中,随着时间的推移bNFL水平反而比症状阶段的患者更低。这也强调了早期治疗MLD的重要性。

参考文献

Beerepoot S, Heijst H, Roos B, Wamelink MMC, Boelens JJ, Lindemans CA, van Hasselt PM, Jacobs EH, van der Knaap MS, Teunissen CE, Wolf NI. Neurofilament light chain and glial fibrillary acidic protein levels in metachromatic leukodystrophy. Brain. 2022 Mar 29;145(1):105-118. doi: 10.1093/brain/awab304. PMID: 34398223; PMCID: PMC8967093.


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