超灵敏的细胞外囊泡相关β-淀粉样蛋白1-42寡聚体分析平台，用于阿尔茨海默病的早期诊断

《Biosensors and Bioelectronics》：Ultrasensitive extracellular vesicles-associated amyloid-β 1-42 oligomers analytical platform for early diagnosis of Alzheimer's disease

本研究开发了一种新型检测平台，结合UiO-66-B(OH)?纳米材料高效富集外泌体和i-SQM荧光探针特异性检测Aβ1-42寡聚体，实现飞摩尔级灵敏度，临床验证显示可100%区分阿尔茨海默病患者与认知正常者，为早期诊断提供非侵入性方法。

　　

谢佩娟|王雪莉|王海燕|薛焕新|何思佳|李龙飞|黄文胜|乔晓强

河北大学药学院，教育部药用化学与分子诊断重点实验室，保定071002，中国

摘要：

细胞外囊泡（EVs）越来越多地被认为是中枢神经系统疾病（包括阿尔茨海默病（AD））的有希望的生物标志物。然而，由于相关生物标志物在体液中的含量极低，早期和准确的AD诊断仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一种超灵敏且可靠的平台，用于定量血浆中微量EVs相关Aβ_1-42寡聚体（EVs@Aβ_1-42）。该方法结合了UiO-66-B(OH)₂纳米材料来高效富集EVs，并使用i-SQM“开启”荧光探针，该探针可选择性响应Aβ_1-42寡聚体。这种组合策略能够在几分钟内实现快速定量，并提供出色的信噪比，达到飞摩尔级别的灵敏度。在临床样本中，该平台能够以100%的灵敏度和96.3%的特异性成功区分AD患者和认知正常个体。总体而言，这种基于EVs的检测系统为血浆生物标志物分析提供了一种实用、低成本且无创的方法，具有早期AD诊断的巨大潜力。

引言

阿尔茨海默病（AD）是最具破坏性的神经退行性疾病之一，其特征是发病隐匿、认知能力逐渐下降以及不可逆的病程（Singh等人，2024；Kamatham等人，2024；Soni等人，2025；Marvi等人，2025）。其患病率的增加给个人、护理人员和全球医疗系统带来了日益沉重的负担（Zhang等人，2021；Lane等人，2018）。从病理学上看，AD在临床症状出现前几十年就已经开始了（Therriault等人，2023）。越来越多的证据表明，这种疾病在15-20年内悄无声息地发展，在此期间，超过50%的神经元可能已经丧失，而此时才出现明显的认知障碍（Porsteinsson等人，2021）。病理学发病与临床表现之间的这种显著延迟突显了迫切需要能够在临床前阶段检测AD的早期诊断工具（DeTure和Dickson，2019）。

目前AD的临床诊断主要依赖于已建立的生物标志物，如淀粉样蛋白-β（Aβ），通过正电子发射断层扫描（PET）成像或脑脊液（CSF）分析进行检测（Jack等人，2018；Jack等人，2024）。尽管Aβ-PET可以可视化淀粉样斑块的沉积，但其广泛应用通常受到高成本、辐射暴露以及需要先进成像基础设施的限制（Karunarathne等人，2024；Mawick等人，2023；Dubois等人，2021）。同样，基于CSF的Aβ_1-42检测需要腰椎穿刺——这是一种侵入性程序，常常导致患者不适并降低依从性（Leuzy等人，2021）。这些限制激发了人们对基于血液的生物标志物检测方法的兴趣，因为它们提供了最小侵入性、成本效益高且易于获取的替代方案（Cao等人，2025）。外周血采样侵入性较小，所需程序简单，并且在大规模人群中进行常规筛查的潜力更大（Zeng等人，2024）。因此，基于血液的生物标志物检测已成为早期AD诊断和及时干预的有希望策略（Kung等人，2025；Teunissen等人，2022）。

尽管不可溶性Aβ斑块的积累是AD的标志，但最近的研究表明，斑块负担与疾病严重程度并不直接相关（Cline等人，2018）。相反，可溶性Aβ_1-42寡聚体越来越被认为是引发AD发病机制的主要神经毒性因子，因为它们能够强烈破坏突触功能、损害长期增强作用，并在纳摩尔到皮摩尔水平上诱导神经元毒性（Michaels等人，2020；Yang等人，2022；Motolese等人，2024）。这些寡聚体形式与认知能力下降的关系比纤维形式更为密切，并已被证明能触发下游的tau磷酸化、神经炎症和早期神经元功能障碍——这些都是AD进展初期阶段的关键过程（Habashi等人，2022；Loffredo和D'Amelio，2025）。此外，它们的动态和可扩散性质使它们比不可溶性斑块更能反映早期的病理变化（Roy和Cao，2022）。然而，传统的检测方法在稳定捕获和定量外周血液中的可溶性Aβ_1-42寡聚体方面面临相当大的挑战，因为它们的含量低、不稳定且易于聚集（Wang等人，2017；Zhou等人，2023）。细胞外囊泡（EVs），特别是来自神经元的EVs，最近作为携带疾病特异性生物标志物的有希望的载体而受到关注（Li等人，2023；Lin等人，2023）。这些纳米级囊泡被主动分泌到循环系统中，携带反映其来源细胞的分子 cargo（You等人，2022）。重要的是，EVs可以穿过血脑屏障，并保护蛋白质靶标，例如Aβ_1-42，使其免受酶促降解（Thompson等人，2016）。多项研究表明，神经元来源的EVs中的Aβ_1-42水平可以有效地区分AD患者和健康对照组/非AD痴呆患者（Li等人，2023；Lin等人，2023；Jia等人，2019）。还发现，检测EVs中封装和表面结合的Aβ_1-42形式可以进一步提高其诊断效用（Rajendran等人，2006；Lim等人，2019；Hu等人，2019）。

尽管有这些前景，但在实际应用之前仍需要解决两个主要障碍（Wang等人，2023；Shea等人，2022）：（i）从复杂的生物基质（如血液）中高效且选择性地富集EVs的效率低下；（ii）对低含量Aβ寡聚体的检测灵敏度低且非特异性。克服这些挑战对于充分发挥EVs相关Aβ_1-42寡聚体（EVs@Aβ_1-42）的诊断潜力至关重要。为此，我们开发了一种新的分析平台，通过结合高效的EVs富集策略和超灵敏的荧光定量方法来检测EVs@Aβ_1-42。具体来说，使用了基于UiO-66-B(OH)₂的金属有机框架（MOF）纳米材料来实现高产率、非破坏性的EVs分离，提供了稳健稳定的检测界面。此外，还使用了一种新开发的“开启”荧光探针i-SQM，选择性标记从EVs中分离出的Aβ_1-42寡聚体，形成可追踪的复合物。值得注意的是，该检测平台仅使用100 μL的外周血样就能达到飞摩尔级别的灵敏度，从而能够快速准确地定量EVs@Aβ_1-42寡聚体，从而有效区分AD患者和认知正常个体。该方法完全兼容标准实验室设置，凸显了其在AD早期临床筛查中的巨大转化潜力。

部分摘录

UiO-66-B(OH)₂的表征和优化用于EVs捕获

UiO-66-B(OH)₂是采用先前报道的方法稍作修改后合成的（Li等人，2018），表现出规则的近八面体形态（图1a–b），尺寸分布狭窄，为202–235 nm（图1c）。经过硼酸修饰后，ζ电位增加（图1d），水接触角减小（图1e），从而提高了分散性和稳定性。FT-IR光谱与报道的特征峰相匹配（Li等人，2018）（图1f），热重分析也一致

讨论

在这项研究中，我们建立了一种新的EVs@Aβ_1-42寡聚体检测平台，用于定量分析血浆来源EVs表面的Aβ_1-42寡聚体，这些寡聚体反映了血液中的Aβ_1-42水平，从而反映了AD的病理状态，为AD的早期诊断提供了一种突破性方法。与传统方法相比，该平台通过两个关键方面实现了对EVs表面低含量Aβ_1-42寡聚体的高灵敏度和特异性检测

CRediT作者贡献声明

薛焕新：方法学、研究。何思佳：方法学。王雪莉：撰写——初稿、验证、正式分析、数据管理。王海燕：可视化、监督、数据管理。黄文胜：撰写——审阅与编辑、项目管理、概念化。谢佩娟：撰写——初稿、验证、正式分析、数据管理。李龙飞：方法学。乔晓强：撰写——审阅与编辑、项目管理、资金获取

未引用的参考文献

Hu等人，2024；Kim等人，2017；Marvi等人，2024；Tang等人，2025；Wang等人，2021；Xue等人，2025；Zhang等人，2023。

利益冲突声明

X.Q.、P.X.和X.W.已申请了一项与本研究相关的专利（CN20241\1719961.8）。X.Q.、X.W.、P.X.、H.W.是与中国发明专利（CN202510054801.4）相关的发明人。其余作者声明没有利益冲突。

数据可用性

支持本研究结果的数据可向相应作者索取。

资金信息

本工作得到了国家自然科学基金（22274035，授予X.Q.）、河北大学的自然科学跨学科研究计划（DXK202301，授予X.Q.）以及河北自然科学基金（B2024201030，授予X.W.）的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们想感谢河北医科大学第一医院临床药学系的C. Zhou教授提供脑部MRI图像和患者血液样本。我们也感谢沧州中心医院药学系的Z. Li提供健康个体的血液样本。