《Neurobiology of Disease》：Plasma NfL, GFAP and pTau181 define distinct biological axes in amyotrophic lateral sclerosis
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肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS）具有显著的生物学异质性，血液生物标志物可能反映其独特的病理机制。研究人员调查了血浆神经丝轻链（Neurofilament light chain, NfL）、苏氨酸181位
肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS）具有显著的生物学异质性，血液生物标志物可能反映其独特的病理机制。研究人员调查了血浆神经丝轻链（Neurofilament light chain, NfL）、苏氨酸181位磷酸化tau（phosphorylated tau at threonine 181, pTAU181）和胶质纤维酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein, GFAP）是否捕获了ALS中互补的生物学域。采用全自动化学发光免疫分析平台测量了ALS患者及对照组群体的血浆生物标志物水平。通过经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）和Penn上运动神经元评分（Penn Upper Motor Neuron Score, PUMNS）量化上运动神经元（Upper Motor Neuron, UMN）负荷；通过肌电图（Electromyography, EMG）和医学研究委员会（Medical Research Council, MRC）肌力评分评估下运动神经元（Lower Motor Neuron, LMN）受累情况。使用针对年龄、性别、疾病进展率和表型进行调整的多变量模型检验相关性，并应用潜在剖面分析（Latent Profile Analysis, LPA）识别由生物标志物定义的亚组。结果显示，NfL水平随UMN负荷的增加而升高，这一趋势在临床和神经生理学指标中均得到体现。相比之下，pTAU181选择性地反映了LMN变性，特别是慢性失神经支配的严重程度。GFAP水平与年龄呈强相关，且与运动神经元受累无关。在调整了年龄和其他协变量后，较高的GFAP水平独立地与行为易变性相关。认知类别间的生物标志物水平无差异。潜在剖面分析识别出三个生物学上截然不同的聚类，其特征分别为选择性pTAU181升高、进行性NfL增加或显著的胶质细胞激活。聚类成员资格独立预测了疾病的侵袭性。这些发现表明，血浆NfL、pTAU181和GFAP捕获了ALS中互补的生物学过程，并支持结合生物标志物谱进行机制指导下的患者分层。
肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS）作为一种临床异质性显著的神经退行性疾病，其表型、进展速度和生存期变异性极大。尽管液体活检标志物已被视为辅助诊断、分层和预后的客观工具，但既往研究多单独评估神经丝轻链（Neurofilament light chain, NfL）、胶质纤维酸性蛋白（Glial fibrillary acidic protein, GFAP）和苏氨酸181位磷酸化tau（phosphorylated tau at threonine 181, pTAU181），且常基于不同队列和异质性表型分析，缺乏在同一ALS群体中结合客观神经生理学测量的直接头对头比较。特别是，关于这些标志物与上、下运动神经元（Upper/Lower Motor Neuron, UMN/LMN）负荷的关系，在使用临床体征与客观电生理指标（如经颅磁刺激Transcranial Magnetic Stimulation, TMS和肌电图Electromyography, EMG）之间存在脱节。为此，研究人员在单一且深度表型的ALS队列中，锚定TMS衍生的皮质脊髓束损伤和半定量EMG指数，对上述三种血浆标志物进行了直接比较，旨在阐明其特定的关联模式及生物学意义。该研究成果发表于《Neurobiology of Disease》。
研究人员主要通过以下关键技术方法开展研究：纳入123名连续ALS患者及神经科对照、健康对照群体，采集基线数据并使用ALS功能评定量表修订版（ALSFRS-R）等功能指标。UMN评估结合Penn上运动神经元评分（PUMNS）和覆盖球部、颈段、腰骶段的TMS区域评分。LMN评估结合医学研究委员会（MRC）量表和针极EMG的主动与慢性失神经支配评分。认知行为评估采用爱丁堡认知和行为ALS筛查（ECAS）及神经学研究心境不稳量表（CNS-LS）。血浆NfL、GFAP和pTAU181浓度使用全自动化学发光酶联免疫吸附测定（LUMIPULSE?）进行批量检测。统计分析采用方差分析（ANOVA）、协方差分析（ANCOVA）及潜在剖面分析（Latent Profile Analysis, LPA）。
研究结果
人口统计学特征与血浆生物标志物分布
ALS组的血浆NfL水平显著高于神经系统对照组（Neurological Controls, NC）和健康对照组（Healthy Controls, HC），而GFAP仅在ALS与HC间存在差异，pTAU181则在三组间均呈梯度差异。各组在年龄和性别分布上无统计学差异。
血浆生物标志物与临床表型
在校正年龄、性别和疾病进展率后，血浆pTAU181水平在不同临床表型间存在差异，进行性肌萎缩（Progressive Muscular Atrophy, PMA）及肢体下垂型（flail phenotypes）患者的pTAU181水平高于锥体系ALS和原发性侧索硬化（Primary Lateral Sclerosis, PLS），典型ALS亦高于PLS。相比之下，NfL和GFAP水平未随表型变化。
血浆生物标志物与上运动神经元负荷
当使用TMS评估UMN负荷时，NfL水平随TMS阳性区域数量的增加而升高，即便将PLS状态作为协变量，这种关联依然显著。GFAP也与TMS定义的UMN负荷相关，而pTAU181则无关。使用临床PUMNS评估时，NfL再次显示出与UMN负荷增加的相关性，而pTAU181和GFAP无此关联。
血浆生物标志物与下运动神经元负荷
基于EMG定义的失神经区域数量与三种标志物均无关联。然而，当按EMG严重程度四分位数分层时，pTAU181独立地与慢性失神经支配严重程度相关，而NfL和GFAP则无。使用MRC定义的肌力损失时，血浆pTAU181水平随LMN受累区域的增加而升高，NfL仅显示微弱关联，GFAP未通过校正。
血浆生物标志物、认知与行为
三种血浆标志物水平在基于Strong标准或轻度行为障碍（Mild Behavioural Impairment, MBI）分类的认知类别间无差异。但GFAP水平与行为易变性相关，CNSLS评分与GFAP呈连续正相关，且高于临床阈值的患者的GFAP水平更高。
用于生物标志物聚类的潜在剖面分析
LPA识别出三个生物学上截然不同的聚类。聚类1表现为整体低生物负荷状态，疾病进程缓慢，富集于LMN为主和PLS表型，NfL、GFAP和pTAU181水平均较低。聚类2定义了选择性LMN主导生物学特征，表现为孤立的pTAU181升高，伴有显著的慢性LMN失神经支配和严重的肌肉无力，而NfL和GFAP水平相对较低。聚类3捕获了侵袭性神经退行性表型，患者NfL和GFAP水平高，临床进展快，BMI较低，且主要为典型和延髓表型。聚类成员资格独立预测了疾病的侵袭性，聚类3的进展速率最高。
讨论与结论
本研究的主要发现表明，NfL、pTAU181和GFAP反映了ALS中截然不同且不重叠的生物学域。NfL主要与疾病侵袭性和客观测量的皮质脊髓束受累相关，这支持了NfL作为皮质脊髓变性动态标志物的解释，而非仅仅是神经元丢失的静态指标。pTAU181选择性地反映了LMN病理学，特别是慢性失神经支配和肌肉萎缩，这与外周运动单位中心的病理过程一致，而非阿尔茨海默病相关的皮质tau病变。GFAP在很大程度上独立于运动神经元负荷，反而与年龄和行为易变性相关，指向了一个非运动性或胶质细胞的生物学域，暗示其与情感调节相关的胶质或网络水平脆弱性有关。
综上所述，这些发现细化了对ALS血液生物标志物的解释，表明仅靠临床表型不足以评估疾病的生物学强度及轨迹。血浆NfL与疾病侵袭性及皮质脊髓束受累相关，pTAU181与慢性LMN失神经支配及运动单位病理相关，而GFAP则与年龄和行为易变性相关，而非运动神经元丢失。这些标志物共同提供了简明的生物学快照，补充了临床分类，并支持在临床试验中基于生物标志物进行患者分层。结合的生物标志物谱能够识别出低负荷慢病组、LMN主导的pTAU181谱组以及高NfL和GFAP水平的侵袭性表型组。未来的研究应优先考虑纵向验证、多中心复制以及与神经影像学的整合，以加强基于生物标志物的ALS分层方法。
