Używamy plików cookie

Biomarkery krwi – szansa na wcześniejsze rozpoznanie choroby Alzheimera?

Prekliniczne stadium choroby Alzheimera charakteryzuje się gromadzeniem białka amyloidu-β oraz fosforylowanej tau w mózgu, podczas gdy objawy poznawcze pozostają jeszcze niewidoczne. Dokładne wykrycie tego etapu choroby in vivo wymaga obecnie zastosowania kosztownych i mało dostępnych badań, takich jak analiza płynu mózgowo-rdzeniowego czy pozytonowa tomografia emisyjna. Te metody diagnostyczne, choć skuteczne, stanowią znaczące przeszkody w badaniach klinicznych, szczególnie w wczesnych fazach choroby, co może ograniczać rekrutację pacjentów do badań. Biomarkery krwiopochodne przedstawiają mało inwazyjną i wygodną alternatywę dla wykrywania i monitorowania choroby w jej najwcześniejszych stadiach. Nabardziej jobiecujące biomarkery krwiopochodne dla choroby Alzheimera obejmują stosunek Aβ42/40 oraz fosforylowaną tau w różnych wariantach, w tym p-tau181, p-tau217 i p-tau231. Dodatkowe markery, takie jak kwaśne włókienkowe białko glejowe GFAP, wskazujące na reaktywność astrocytów, oraz neurofilament lekki NfL, będący markerem uszkodzenia neuroaksonalnego, choć nie są specyficzne dla choroby Alzheimera, mogą dostarczać cennych informacji diagnostycznych.

Pomimo znaczącego postępu w tej dziedzinie, nadal istnieją istotne wyzwania w wykorzystaniu biomarkerów krwiopochodnych do wykrywania preklinicznego stadium choroby Alzheimera. Po pierwsze, skuteczność immunotestów biomarkerów krwiopochodnych w stadium preklinicznym nie jest tak wysoka jak w stadium klinicznym, z możliwym wyjątkiem metod immunoprecypitacji-spektrometrii mas, które są jednak drogie i mniej skalowalne. Po drugie, zmienność analityczna, reprezentująca wariancję mierzonych poziomów inherentną dla każdej metody pomiarowej, stanowi kluczowy czynnik do rozważenia w kontekście zmienności międzygrupowej. Aby biomarker wykazywał solidność, stosunek sygnału do szumu jest istotny, a procentowa zmiana krotności między grupami powinna przekraczać procentowy całkowity błąd analityczny. W preklinicznej chorobie Alzheimera istnieją obecnie ograniczone dane dotyczące longitudinalnych zmian biomarkerów osoczowych i ich związku ze zmianami podstawowej patologii choroby Alzheimera, późniejszą neurodegeneracją i spadkiem poznawczym przy użyciu solidnych zautomatyzowanych platform. „Pomiar biomarkerów krwi przy użyciu w pełni zautomatyzowanej metody w prospektywnie obserwowanej kohorcie preklinicznej choroby Alzheimera może okazać się instrumentalny w pokonaniu tych wyzwań" – podkreślają autorzy badania.

Badanie ALFA+: design i kluczowe wyniki diagnostyczne

Badanie ALFA+ stanowi zagnieżdżone badanie longitudinalne wywodzące się z większego projektu ALFA, obejmującego 2743 osoby w średnim wieku, poznawczo nieuszkodzonych, z wysokim odsetkiem potomstwa pacjentów z chorobą Alzheimera i nosicieli APOE ε4. Do obecnego badania włączono 400 uczestników z dostępnymi danymi wyjściowymi płynu mózgowo-rdzeniowego i co najmniej jednym pomiarem biomarkera osoczowego, spośród których 342 posiadało również dane z badania PET amyloidu. Średni wiek uczestników wynosił 50±5 lat, a 135 osób (33,8%) zostało sklasyfikowanych jako Aβ-pozytywne na podstawie stosunku CSF Aβ42/40 poniżej 0,071. Uczestnicy charakteryzowali się wysokim odsetkiem nosicieli APOE ε4, z następującą dystrybucją genotypów: 25 (6,25%) ε2/ε3, 9 (2,25%) ε2/ε4, 159 (39,75%) ε3/ε3, 174 (43,50%) ε3/ε4 oraz 33 (8,25%) ε4/ε4. Panel biomarkerów osoczowych obejmował Aβ42/40, p-tau181, GFAP, NfL, p-tau217 oraz ApoE4, mierzonych za pomocą w pełni zautomatyzowanej platformy Elecsys na analizatorze Cobas. Dodatkowo badacze analizowali obliczane wskaźniki p-tau181/Aβ42 i p-tau217/Aβ42. Uczestnicy byli obserwowani prospektywnie przez średnio 3,27±0,5 roku, z kompleksową oceną kliniczną, neuropsychologiczną oraz biomarkerami neuroobrazovania, w tym tomografią MRI i badaniem PET amyloidu z użyciem [18F]flutemetamolu z progiem 12 Centiloid. Do stycznia 2025 roku tylko 11 osób w kohorcie ALFA+ przeszło ze stanu poznawczo nieuszkodzonego do łagodnych zaburzeń poznawczych. Czy takie podejście może rzeczywiście zrewolucjonizować wczesną diagnostykę choroby Alzheimera w praktyce klinicznej?

Wszystkie badane biomarkery osoczowe różniły się znacząco między osobami Aβ-pozytywnymi i Aβ-negatywnymi, przy czym najlepszą skutecznością w wykrywaniu osób A+ charakteryzowały się osoczowy stosunek Aβ42/40, p-tau217, p-tau181/Aβ42 oraz p-tau217/Aβ42. Szczególnie wyróżniał się osoczowy stosunek p-tau217/Aβ42, który osiągnął najwyższą skuteczność w wykrywaniu osób PET A+ z wartością AUC równą 0,94, przewyższając wszystkie inne biomarkery. Osoczowy p-tau217 samodzielnie osiągnął AUC 0,91 dla statusu PET, podczas gdy stosunek p-tau181/Aβ42 wykazał AUC 0,90. Osoczowy stosunek Aβ42/40 osiągnął AUC między 0,86-0,88, jednak okazał się szczególnie wrażliwy na zmienność analityczną. Biomarkery takie jak p-tau181, GFAP i NfL miały niższą ogólną skuteczność, ale ich dokładność poprawiała się znacząco po dodaniu pomiaru osoczowego ApoE4. „Nasze wyniki sugerują, że p-tau217/Aβ42 w osoczu to obecnie najbardziej obiecujący pojedynczy marker do wczesnego wykrywania i śledzenia postępu amyloidozy u pacjentów bez objawów" – konkludują autorzy badania. Dodanie osoczowego ApoE4 znacząco poprawiło dyskryminację statusu CSF Aβ przez osoczowy p-tau181 do AUC 0,80, oraz dyskryminację zarówno CSF jak i PET statusu Aβ przez osoczowy GFAP i NfL do wartości AUC 0,69-0,79. Osoczowy ApoE4 wykazał stopniowy wzrost wraz z dawką allelu APOE ε4 i dyskryminował nosicieli APOE ε4 od nienosicieli z wysoką dokładnością (AUC = 0,98), a także między homozygotami i heterozygotami APOE ε4 (AUC = 0,95).

Niezawodność pomiarów – rola zmienności analitycznej

Kluczowym aspektem badania była ocena stabilności i odporności biomarkerów na czynniki zakłócające, co ma fundamentalne znaczenie dla ich praktycznego zastosowania. Osoczowy stosunek Aβ42/40 okazał się najbardziej wrażliwy na dodanie losowej zmienności, podczas gdy pozostałe biomarkery pozostawały względnie stabilne. Zdolność dyskryminacyjna osoczowego Aβ42/40 była lepsza od osoczowego p-tau181 tylko przy współczynniku zmienności niższym niż 16% dla statusu CSF Aβ lub 9% dla statusu PET Aβ. Dodatkowo, przy określaniu procentowej różnicy między osobami A+ i A− zdefiniowanymi przez CSF, osoczowy Aβ42/40 wykazywał najniższą bezwzględną procentową różnicę od A− wynoszącą -12,1%, podczas gdy inne biomarkery osiągały znacznie wyższe wartości: NfL +21,9%, p-tau181 +25,2%, GFAP +31,9%, p-tau181/Aβ42 +40,2%, p-tau217 +86,1%, a p-tau217/Aβ42 aż +109,6%. Stosunek p-tau217/Aβ42 i p-tau217 pozostawały względnie odporne na współczynnik zmienności przekraczający 15% oraz na funkcję nerek, co stanowi znaczącą przewagę w praktyce klinicznej. Te problemy z odpornością mogą uniemożliwić używanie immunotestów osoczowego Aβ42/40 jako narzędzia przesiewowego w badaniach klinicznych lub obserwacyjnych w stadiach preklinicznych, pomimo ich dobrej dokładności dyskryminacyjnej. Badanie biologicznej zmienności biomarkerów krwi w chorobie Alzheimera wykazało, że fizjologiczne fluktuacje dla Aβ42/40 były bardzo niskie, wymagając nieosiągalnej, niemal perfekcyjnej wydajności analitycznej do odróżnienia sygnału od szumu w monitorowaniu longitudinalnym.

Analiza związków międzygrupowych ujawniła istotne różnice w biomarkerach osoczowych w zależności od grup AT, gdzie 'A' definiowano przez CSF Aβ42/40, a 'T' przez CSF p-tau181. Stopniowy wzrost obserwowano dla osoczowego p-tau181 i p-tau181/Aβ42 w kolejnych stadiach AT, podczas gdy pozostałe biomarkery osoczowe wykazywały różnice między A−T− a A+T−, ale nie między A+T− a A+T+. Wszystkie biomarkery osoczowe były znacząco zmienione w grupie A+T− w porównaniu z grupą A−T−, co wskazuje na wczesne zmiany tych markerów. Co więcej, osoczowe Aβ42/40, p-tau181/Aβ42 i p-tau217/Aβ42 były związane z wyższym amyloid PET Centiloid u osób klasyfikowanych jako PET A−, co może oznaczać, że te biomarkery rosną jeszcze przed tym, jak osoby poznawczo nieuszkodzone przejdą do PET Aβ-pozytywności. Obserwowano znaczącą pozytywną korelację między osoczem a CSF dla Aβ42/40 (r = 0,59), p-tau181 (r = 0,26), GFAP (r = 0,54) i NfL (r = 0,33), co potwierdza biologiczną wiarygodność pomiarów osoczowych.

Zmiany longitudinalne a postęp choroby – co mówią dane?

Analiza longitudinalna ujawniła, że wszystkie wyjściowe biomarkery osoczowe były związane z longitudinalnym wzrostem depozycji amyloidu w badaniu PET w ciągu średniego okresu obserwacji wynoszącego 3,27 roku. Osoczowe stosunki Aβ42/40, p-tau181/Aβ42 i p-tau217/Aβ42 były również związane z longitudinalnymi spadkami CSF Aβ42/40, co ma szczególne znaczenie, ponieważ zmiany w CSF występują przed nieprawidłowościami w badaniu PET amyloidu. Wszystkie wyjściowe biomarkery osoczowe, z wyjątkiem GFAP, były również związane z longitudinalnymi zmianami CSF p-tau181, a wszystkie biomarkery były związane z longitudinalnymi wzrostami CSF NfL, wskazując na ich potencjał w przewidywaniu późniejszej neurodegeneracji. Szczególnie istotne okazały się longitudinalne zmiany w osoczowym p-tau217 i p-tau217/Aβ42, które były związane z jednoczesnym wzrostem obciążenia Aβ oraz wzrostem CSF p-tau181. „Wzrost p-tau217 i p-tau217/Aβ42 koreluje z jednoczesnym wzrostem CSF p-tau181, wskazując na aktywną patologię tau" – podkreślają badacze. Longitudinalne wzrosty osoczowego GFAP w czasie były związane ze spadkami CSF Aβ42/40 i z akumulacją Aβ w PET, przy czym to ostatnie było obserwowane tylko u osób początkowo klasyfikowanych jako PET A-negatywne. Dodatkowo, longitudinalne wzrosty osoczowego p-tau217 i GFAP były związane z jednoczesnym wzrostem CSF NfL. Spójna związek między osoczowym p-tau217 i GFAP a depozycją Aβ była obserwowana w kohorcie BLSA i badaniu TRAILBLAZER-ALZ, wskazując na potencjał osoczowego p-tau217 i GFAP jako markera do monitorowania zmian Aβ. Jakie implikacje mogą mieć te odkrycia dla monitorowania skuteczności nowych terapii modyfikujących przebieg choroby?

W przeciwieństwie do silnych związków z patologią choroby Alzheimera, badacze znaleźli niewiele lub wcale znaczących związków między wyjściowymi lub longitudinalnymi zmianami biomarkerów krwiopochodnych a longitudinalnymi zmianami w poznaniu czy strukturalnym obrazowaniu MRI. Względnie krótki okres obserwacji badania, wynoszący około trzech lat, oraz wczesne stadium kohorty mogą wyjaśniać brak znaczących zmian w strukturalnym MRI i poznaniu. Jako główny wynik poznawczy wykorzystano zmodyfikowaną wersję Preklinicznego Kompozytu Poznawczego Alzheimera (mPACC), opartą na oryginalnej propozycji Donohue i współpracowników oraz późniejszych propozycjach Papp i Jonaitis. Ten kompozytowy wynik mPACC jest średnią z wyników z standaryzowanych przy użyciu wyjściowej grupy zdefiniowanej przez CSF jako Aβ i tau-negatywnej (A−T−) jako odniesienia. Obejmuje on test Całkowitego Natychmiastowego Przypomnienia z Testu Wolnego i Wspomaganego Selektywnego Przypominania, test Całkowitego Opóźnionego Przypomnienia z testu Pamięci Logicznej ze Skali Pamięci Wechslera-IV, test Kodowania ze Skali Inteligencji Dorosłych Wechslera-IV oraz test Płynności Semantycznej. Pomimo tego, godne uwagi jest to, że można zaobserwować związek między zmianami w osoczowym p-tau217 i p-tau217/Aβ42 a zmianami w patologii Aβ w tym krótkim okresie czasu. Pozostaje jednak do ustalenia, czy ten związek występuje również w okresie 18 miesięcy, który jest przybliżonym czasem trwania wszystkich opublikowanych badań klinicznych z przeciwciałami anty-Aβ. Funkcja nerek wpływała na wszystkie biomarkery osoczowe z wyjątkiem stosunków Aβ42/40 i p-tau217/Aβ42, podczas gdy BMI było znacząco związane z osoczowym p-tau181 i stosunkiem p-tau181/Aβ42. Czy te biomarkery mogą w przyszłości zastąpić część inwazyjnych badań CSF/PET w rutynowej praktyce neurologicznej?

Implikacje kliniczne, ograniczenia i dalsze kierunki

Wyniki badania mają istotne implikacje kliniczne dla wczesnej diagnostyki i monitorowania choroby Alzheimera. W populacjach wysokiego ryzyka, takich jak nosiciele APOE ε4 czy osoby z dodatnim wywiadem rodzinnym, panel p-tau217/Aβ42 lub p-tau181/Aβ42 może służyć jako badanie przesiewowe przed kierowaniem na kosztowne badania PET/CSF. Umożliwia to identyfikację pacjentów kwalifikujących się do badań klinicznych z terapiami anty-Aβ jeszcze przed wystąpieniem objawów. W kontekście monitorowania leczenia, p-tau217 i p-tau217/Aβ42 mogą pełnić rolę surrogatowych punktów końcowych w ocenie skuteczności leków usuwających Aβ, takich jak Donanemab czy Lecanemab. Niezwykle istotne jest, że osoczowy p-tau217 i GFAP reagowały na leki anty-Aβ zarówno w badaniu TRAILBLAZER-ALZ, jak i w badaniu Clarity AD, wraz z osoczowym Aβ42/40 i p-tau181. Przy interpretacji wyników należy uwzględnić funkcję nerek, szczególnie przy p-tau181, GFAP i NfL, podczas gdy mniejszy wpływ obserwuje się przy stosunkach p-tau. W przypadku Aβ42/40 konieczne są rygorystyczne warunki laboratoryjne z współczynnikiem zmienności poniżej 9%, lub raczej stosowanie go do analiz zbiorczych, a nie do decyzji indywidualnych. W pełni zautomatyzowane, wieloparametrowe panele krwi mogą w niedalekiej przyszłości zastąpić część badań CSF/PET w codziennej praktyce geriatrycznej i neurologicznej.

Badanie ma pewne ograniczenia, które należy uwzględnić przy interpretacji wyników. Po pierwsze, pomimo kontrolowania kluczowych czynników zakłócających, takich jak wiek, płeć, BMI i funkcja nerek, niezmierzone czynniki - takie jak czynniki stylu życia, narażenia zawodowe czy warianty genetyczne - mogą nadal wpływać na poziomy biomarkerów osoczowych i akumulację Aβ. Po drugie, kohorta składa się z osób w średnim wieku, poznawczo nieuszkodzonych, wzbogaconych o czynniki ryzyka choroby Alzheimera, co może ograniczać uogólnienie wyników. Pomimo bycia kohortą wysokiego ryzyka, odsetek osób przechodzących do łagodnych zaburzeń poznawczych jest względnie niski, co potencjalnie ogranicza zastosowanie ustaleń poznawczych do starszych kohort preklinicznych. Po trzecie, jest to badanie jednoośrodkowe, a wyniki wymagają replikacji w niezależnych kohortach. Po czwarte, liczba uczestników została określona przez dostępność w tamtym czasie, bez przeprowadzenia wcześniejszej analizy mocy. Podczas gdy niektóre analizy dały wąskie przedziały ufności, inne - szczególnie analizy longitudinalne z mniejszą liczbą uczestników - wykazały szersze przedziały, wskazując na ograniczoną precyzję i wymagając ostrożnej interpretacji. Po piąte, longitudinalny okres obserwacji był względnie krótki, co może ograniczać zdolność do uchwycenia długoterminowych longitudinalnych zmian w biomarkerach lub akumulacji Aβ, dlatego wyniki wymagają potwierdzenia przy seryjnie mierzonych biomarkerach. Analizy odporności zostały przeprowadzone w pomiarach retrospektywnych i poprzez symulację in-silico, dlatego te ustalenia wymagają walidacji w badaniach prospektywnych obejmujących wszystkie możliwe źródła błędów.

Podsumowując, biomarkery krwiopochodne mierzone za pomocą w pełni zautomatyzowanego immunotestu dostarczają informacji diagnostycznych, prognostycznych i monitorujących u osób poznawczo nieuszkodzonych zagrożonych chorobą Alzheimera. Stosunki biomarkerów osoczowych wykazały najsilniejszą skuteczność w wykrywaniu patologii Aβ i były związane z longitudinalną depozycją Aβ. Osoczowy p-tau217/Aβ42 w osoczu to obecnie najbardziej obiecujący pojedynczy marker do wczesnego wykrywania i śledzenia postępu amyloidozy u pacjentów bez objawów, z najwyższą skutecznością w wykrywaniu osób PET A+ osiągającą AUC 0,94. Jednak osoczowy Aβ42/40 może mieć ograniczenia w odporności, a te ustalenia wymagają potwierdzenia w badaniach prospektywnych na poziomie indywidualnym. Przyszłe badania z dłuższym okresem obserwacji, większymi grupami próbnymi i włączeniem dodatkowych czynników zakłócających będą kluczowe dla dalszego potwierdzenia i rozszerzenia tych ustaleń. Panel krwi można wykorzystać do selekcji pacjentów do kosztownych badań PET/CSF oraz do monitorowania skuteczności nowych leków modyfikujących przebieg choroby Alzheimera, co otwiera nowe perspektywy w diagnostyce i leczeniu tej neurodegeneracyjnej choroby.

Podsumowanie

Biomarkery krwi, takie jak p-tau217/Aβ42, zyskują na znaczeniu w diagnostyce preklinicznego stadium choroby Alzheimera. Dzięki wysokiej skuteczności wykrywania patologii amyloidowej mogą stanowić mniej inwazyjną alternatywę dla badań PET i CSF. W badaniu ALFA+ wykazano ich wartość prognostyczną oraz możliwość monitorowania postępu choroby. W praktyce klinicznej ich zastosowanie może wspierać selekcję pacjentów do terapii i badań klinicznych. Wczesna diagnostyka Alzheimera staje się coraz bardziej dostępna i precyzyjna dzięki analizie biomarkerów osoczowych.

Bibliografia

1. A plasma biomarker panel for detecting early amyloid-β accumulation and its changes in middle-aged cognitively unimpaired individuals at risk for Alzheimer’s disease. González-Escalante, Armand et al. eBioMedicine, Volume 116, 105741