综述：边缘系统为主型年龄相关性TDP-43脑病（LATE）的分子特征与生物标志物开发

《Acta Neuropathologica》：Molecular signatures and biomarker development for limbic-predominant age-related TDP-43 encephalopathy (LATE)

　　

边缘系统为主型年龄相关性TDP-43脑病（Limbic-predominant age-related TDP-43 encephalopathy, LATE）是一种以TDP-43蛋白病为特征的神经退行性疾病，影响约三分之一的80岁及以上个体。LATE神经病理改变（LATE neuropathological change, LATE-NC）的特征是磷酸化TDP-43优先在边缘系统积聚，并可能扩展到新皮质和其他脑区。值得注意的是，LATE-NC的解剖模式与在伴有TDP-43免疫反应性包涵体的额颞叶变性（frontotemporal lobar degeneration with TDP-43-immunoreactive inclusions, FTLD-TDP）中所见不同。LATE-NC可以“单纯”形式发生，但更常见的是与其他痴呆相关合并症并存，包括退行性和血管性病理。当将这些“混合”病理纳入考量时，LATE对人类群体的认知衰退贡献显著。然而，目前LATE缺乏针对活体个体进行明确诊断的分子特异性诊断方法。目前已有新的基于共识的指南，用于预测单纯LATE-NC或LATE-NC合并阿尔茨海默病神经病理改变（Alzheimer’s disease neuropathologic change, ADNC）的存在。为了开发更特异的诊断方法，最近的研究工作旨在识别神经影像学上的独特特征以及血液和脑脊液等生物体液中的分子标志物，以促进LATE的临床诊断。本综述讨论了当前对LATE-NC分子理解的最新进展、对LATE生物标志物的探索，并强调了在推进早期检测、改善患者管理和临床试验分层方面需要解决的关键空白。

¹TDP-43蛋白病

TDP-43是一种43 kDa的反式激活应答（TAR）DNA结合蛋白，通常定位于细胞核。在存在TDP-43病理的疾病中，TDP-43错误定位或在细胞质中聚集，导致其核功能丧失并获得有害功能。磷酸化TDP-43聚集体在神经元和胶质细胞的细胞质和细胞突起中的积聚被称为TDP-43蛋白病。TDP-43蛋白病长期以来被认为是大多数肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）、一部分额颞叶变性（frontotemporal lobar degeneration, FTLD）以及其他数十种神经系统疾病的病理标志。关于遗忘性痴呆，TDP-43蛋白病最早在伴有合并ADNC和/或海马硬化（定义为CA1和下托的神经元丢失和胶质增生，与ADNC程度不成比例）的患者亚组中被描述。多年来，在认知障碍的非ALS、非FTLD老年人中，TDP-43蛋白病被多次研究，并使用了许多不同的术语来描述这种病理，例如海马硬化性痴呆、伴有硬化的脑年龄相关性TDP-43、AD+TDP-43以及老年人TDP-43病理。然而，人们越来越认识到，许多具有边缘系统为主的TDP-43蛋白病的患者不一定有海马硬化或显著的ADNC。因此，与Aβ斑块和神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles, NFTs）的病理标志不同，TDP-43蛋白病本身并不是ADNC的特征。LATE-NC工作组报告汇集了一个共识小组，在2019年提供了常规诊断指南，澄清了这一概念。LATE的指定引起了人们对边缘系统为主的TDP-43蛋白病对痴呆的独特贡献的关注，并引导该领域致力于理解该疾病实体的病因、临床表现和影像学特征。

ADNC和LATE-NC是与痴呆显著相关的最常见病理之一，两者都表现出与记忆相关的类似损伤，这常常导致误诊。大约每三个活到85岁的个体中，就有一个会在其一生中发展出LATE-NC。研究表明，约40%的认知衰退与ADNC密切相关，约20%可归因于LATE-NC。在“最年长老人”中，几个高质量的社区队列研究显示，LATE-NC的归因风险甚至大于ADNC。对痴呆患者的尸检研究显示，混合病理（即蛋白质聚集性和脑血管病理的组合）非常常见，并且在具有认知障碍的老年大脑中是常态而非例外。因此，LATE-NC经常与其他神经退行性疾病共存，包括ADNC和路易体病（Lewy body disease, LBD），这并不奇怪。虽然LATE-NC与ADNC和LBD等其他神经退行性病理密切相关，但LATE-NC常常独立于ADNC存在。具有无或低水平ADNC的LATE-NC在最近的文献中通常被称为“单纯LATE-NC”。在没有分子特异性生物标志物的情况下，LATE/LATE-NC的临床诊断以及将其与AD/ADNC和混合病理区分开来仍然具有挑战性。

在与LATE-NC相关的遗传风险因素鉴定方面已取得重大进展。已被复制的风险等位基因位于颗粒蛋白前体（Granulin, GRN）、跨膜蛋白106B（Transmembrane protein 106B, TMEM106B）、载脂蛋白E（Apolipoprotein E, APOE）和分拣蛋白相关受体1（Sortilin related receptor 1, SORL1）中。本综述将重点关注LATE/LATE-NC的分子特征和临床表现、其与AD/ADNC的重叠，以及在开发用于LATE诊断和与其他蛋白质聚集性痴呆疾病区分的液体生物标志物方面的前景和挑战。

²分子特征

TDP-43蛋白包含414个氨基酸，具有一个核定位信号（nuclear localization signal, NLS）、两个RNA识别基序（RNA-recognition motifs, RRM1, RRM2）和一个本质无序的富含甘氨酸的羧基末端结构域。在健康对照细胞中，TDP-43是非磷酸化的，位于细胞核中。TDP-43蛋白病在生物化学上定义为存在含有泛素化和异常磷酸化TDP-43的相对不溶性细胞质包涵体。TDP-43蛋白病被认为驱动双重毒性：通过细胞质聚集体的存在产生功能获得性毒性，以及由于正常（主要是核内）TDP-43功能的耗竭导致功能丧失性毒性。在TDP-43蛋白病的亚型中，LATE-NC是最常见的。

聚集的TDP-43表现出多种翻译后修饰，包括磷酸化、乙酰化和泛素化。TDP-43磷酸化是ALS和FTLD-TDP的主要病理标志特征，但在生理条件下不易检测到。几个C端磷酸化位点，包括S409/410、S403/404、S369和S379，已被一致报道存在于TDP-43病理中。然而，LATE-NC与其他TDP-43病理之间的特异性差异磷酸化位点仍有待表征。

TDP-43蛋白病可以以多种形式存在，并表现出不同的形态模式。它通常作为神经元细胞质包涵体（neuronal cytoplasmic inclusions, NCIs）和TDP-43阳性神经突见于ALS、FTLD和LATE-NC，但血管周围包涵体（Lin小体）和星形胶质细胞包涵体也有描述。TDP-43蛋白病的不同模式在FTLD-TDP中已得到很好的表征。FTLD-TDP可根据TDP-43形态及其在皮质层的分布组合分为A到E亚型；每个FTLD-TDP亚型都有其独特的临床表现和遗传关联。

LATE-NC中TDP-43病理的形态模式可能具有临床意义，并可提示潜在的发病机制。一种分类系统将LATE-NC大脑分为α型（由神经元细胞质包涵体、神经元核内包涵体和TDP-43阳性神经突组成）和β型（由NFT相关包涵体组成）。具有TDP-43 α型的受试者更可能携带TMEM106B风险（CC）单倍型，有海马硬化，TDP-43病理更广泛，影像学上白质高信号更多；而具有TDP-43 β型的受试者更可能有更高的Braak NFT分期。最近，根据TDP-43包涵体的形态，在LATE-NC中识别出杏仁核TDP-43病理的四种模式。模式1的特征是NCIs、短神经突和颗粒状前包涵体，与最高的死亡年龄和最广泛的TDP-43病理相关；模式2的特征是NFT样包涵体，与最高水平的ADNC相关，并且在APOE4携带者中富集；模式3的特征是圆形NCIs和粗神经突，与边缘系统或新皮质LBD相关；模式4的特征是软膜下和白质突起，与无或低ADNC相关。另一项研究直接比较了单纯LATE-NC和ADNC+LATE-NC中TDP-43蛋白病的模式，发现单纯LATE-NC的大脑通常在海马中呈现网状神经突TDP-43模式。此外，虽然单纯LATE-NC中的包涵体由磷酸化和非磷酸化TDP-43物种组合组成，但ADNC+LATE-NC中的包涵体主要由S409/S410位点磷酸化的TDP-43组成。

³TDP-43与其他蛋白病的分子相互作用

考虑到LATE-NC与ADNC和LBD的频繁共存，在开发LATE的诊断生物标志物时也必须考虑其他分子参与者；这些包括淀粉样蛋白-β（Aβ）、α-突触核蛋白和tau。TDP-43已被认为参与Aβ聚集的调节，TDP-43的缺失与可溶性Aβ寡聚体水平增加以及斑块和纤维状沉积物减少有关。然而，支持TDP-43与淀粉样蛋白-β协同作用的证据有限。一些作者还进行了生化和动物研究，以证明TDP-43病理中TDP-43与α-突触核蛋白之间的潜在关联。α-突触核蛋白可能通过促进细胞质TDP-43的异常磷酸化和聚集而导致LATE-NC的发病机制，这在暴露于合成α-突触核蛋白原纤维后的小鼠大脑和培养细胞中磷酸化TDP-43包涵体增加得到证明。

tau和TDP-43的相互作用已有充分记载，因此下面将更详细地描述。积累的证据表明，TDP-43和tau病理经常共存，并共同加剧神经退行性变和认知衰退。免疫组织化学研究表明，与单纯ADNC和认知正常对照相比，同时患有LATE-NC和ADNC的患者在后海马和中额叶皮质具有更高的p-tau病理。此外，用来自死后合并LATE-NC和ADNC状态患者的额叶皮质提取物处理的细胞显示出显著的tau播散。TDP-43病理在扩散到海马和内嗅皮层后，主要导致阿尔茨海默型痴呆，这表明与tau的协同相互作用加剧了疾病严重程度。这进一步得到以下发现的支持：边缘系统阶段的tau病理在解剖学上与LATE-NC主要影响的区域重叠，进一步支持了tau和TDP-43病理之间可能存在交叉。其他边缘系统区域，如岛叶皮质和基底前脑，已知有丰富的tau免疫反应性神经原纤维缠结，也显示出显著的TDP-43积聚。来自LATE-NC患者的尸检结果显示大脑损伤具有层级模式，并且tau寡聚体的浓度随着细胞质中磷酸化TDP-43寡聚体水平的增加而上升。在LATE-NC和合并LATE-NC+ADNC中，磷酸化tau物种（p-tau）和磷酸化TDP-43物种（pTDP-43）已被确定为主要分子参与者。有证据表明，在临床前阶段以及高达80%的AD海马神经元中，p-tau和pTDP-43共存。然而，TDP-43和tau相互作用的性质尚不清楚，可能很复杂，因为最近的一项研究表明，这种相互作用可能抑制tau病理，同时促进AD患者的TDP-43病理。因此，是否有任何致病性tau物种与LATE-NC发病机制直接相关或可作为LATE-NC的生物标志物仍有待观察。

⁴LATE-NC的神经病理学诊断与分期

来自LATE-NC患者的尸检结果揭示了一种大脑损伤的层级模式，其起源于边缘系统结构（杏仁核和海马），并扩展到其他区域，如额叶皮质，这与神经影像学研究一致。根据基于共识的分期方案，杏仁核是最先出现TDP-43病理的区域，被指定为1期，随后扩散到海马为2期，最终进展到中额叶回为3期。

目前，根据LATE-NC共识工作组的建议，评估LATE-NC的现有标准是对至少三个不同的脑区（杏仁核、海马和MFG）进行TDP-43免疫组织化学染色，特别是在有HS、痴呆临床病史和80岁及以上的患者中。尽管LATE-NC的诊断没有年龄限制，并且LATE-NC可以发生在80岁以下的个体中，但这一建议是基于研究表明，许多80岁后死亡的患者的认知衰退与ADNC的严重程度不成比例，其中LATE-NC可能是一个重要的促成因素，并且60-95%的LATE-NC病例与HS相关。

一个潜在的诊断挑战是区分3期LATE-NC与FTLD-TDP，因为类似于FTLD-TDP A型或B型模式的TDP-43病变存在于3期LATE-NC的MFG中。最近的多机构研究表明，可以将3期LATE-NC与FTLD-TDP区分开来的一个关键特征是MFG中TDP-43病变的密度，更高的密度有利于FTLD-TDP。一个潜在的缺陷是患有FTLD和运动神经元病的受试者，其MFG中TDP-43病变的密度可能与3期LATE-NC重叠。然而，这些受试者将具有特征性的临床表现和运动神经元中的TDP-43病理。

目前的LATE-NC分期标准建议，对于具有以下情况的病例：1) FTLD-TDP C型、D型和E型模式，2) MFG中每个40倍显微镜视野TDP-43病变数量大于15个，以及3) 已知的FTLD-TDP相关基因致病突变，应归类为FTLD-TDP，而不是LATE-NC。此外，TDP-43病变可见于许多不同的病理中，在患有ALS、皮质基底节变性、慢性创伤性脑病以及其他罕见病理的病例中应避免诊断LATE-NC。

在评估LATE-NC时需要考虑的另一个密切相关的病理是年龄相关性海马硬化。海马硬化是一种神经病理表型，在85岁以上尸检大脑中约占15%，并且与其他病理无关，与认知障碍密切相关。没有分子特异性病理标志或特征性病理特征。然而，很大一部分HS与LATE-NC相关，并被称为HS-Aging。从病理学角度看，HS-Aging更常见于LATE-NC中TDP-43蛋白病更严重和更广泛的病例。虽然数据似乎表明HS-Aging在发病机制上“继发于”LATE-NC，但HS-Aging应被视为LATE-NC的一个子集还是与LATE-NC不同，仍存在争议。最近一项基于人群的队列研究表明，即使在认知受损的个体中，HS-Aging对LATE-NC的阳性预测价值也有限。这可能是由于HS-Aging与血管病理之间的关联，特别是在心血管风险高的人群中。HS-Aging也在临床研究背景下被识别，主要通过MRI扫描识别。人们越来越认识到，LATE-NC/HS-Aging病例在MRI上可能比其他病症（如ADNC）具有更极端的海马萎缩。这些考虑很重要，因为它们涉及LATE-NC/HS-Aging临床诊断的现有框架。

⁵LATE的临床表现与影像学特征

LATE的主要症状是记忆障碍，特别是情景记忆的进行性衰退。一些研究还证明了LATE-NC与语义记忆和整体认知能力的下降有关。与单纯AD相比，单纯LATE患者往往寿命更长，症状出现较晚，并且在疾病进程中后期之前，其他认知领域相对保留，表现为孤立的记忆障碍。LATE-NC对认知症状的影响，作为一个实际考虑因素，常常受到其他合并病理的影响。患有合并LATE-NC和ADNC的患者比单独患有任何一种病理的患者表现出更快的认知衰退和显著更严重的认知障碍。此外，LATE-NC和ADNC的联合效应导致更广泛的认知和行为症状。其他合并病理也可能影响LATE-NC的临床表现。先前的一项研究表明，患有LATE-NC和HS的患者在个人护理和定向力方面比没有HS的患者表现出更多的障碍。