尿液生物标志物对痴呆诊断价值的研究进展_张月琪
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J Diagn Concepts Pract 2016, Vol.15, No.2
·综述·
尿液生物标志物对痴呆诊断价值的研究进展
张月琪， 任汝静， 王 刚 （上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科 上海交通大学医学院神经病研究所， 上海
关键词：痴呆； 生物标志物； 尿液检测 中图分类号：R749.1+6 文献标识码：C 文章编号：1671-2870（2016）02-0190-05 DOI:10.16150/j.1671-2870.2016.02.023
左旋谷氨酰胺和 5-左旋谷氨酰甘氨酸
谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统中主要的神经递质，几 乎可调节正常脑内所有功能，包括学习、记忆、认知等。 有研 究表明， 谷氨酸能信号分子包括谷氨酸转运蛋白和相关的 酶的改变，可能参与了 AD 的神经功能失调[25]。
研究发现，AD 患者尿 液 中 的 左 旋 谷 氨 酰 胺 和 5-左 旋 谷 氨酰甘氨酸水平较对照组升高[26]。 其中左旋谷氨酰胺是谷氨 酸的前体物质，具有广泛的抗氧化作用，可能在脑的氧化应 激中发挥着重要的保护作用；而 AD 患者体内左旋谷氨酰胺 对于脑组织的保护作用可能减弱，呈现代偿性增加。 5-左旋 谷氨酰甘氨酸与 γ-氨基丁酸结构相 似 ， 是 一 种 兴 奋 性 氨 基 酸受体拮抗剂，可减少谷氨酸的释放，保护神经元并对抗谷 氨酸的神经毒性。 关于 尿 液 中 的 左 旋 谷 氨 酰 胺 和 5-左 旋 谷 氨酰甘氨酸在 MCI 患者中的代谢改变， 目前仍缺乏临 床 试 验研究。
甲醛
机体内甲醛根据其来源途径可分为外源性和内源性 2 种。 外源性甲醛对认知功能的影响有限，而内源性甲醛则 对脑认知功能的影响更大。 人体内甲醛主要通过肝脏中的 酶促反应生成甲酸，随尿液或转化为二氧化碳排出体外。 若 内源性甲醛的生成和代谢途径异常时， 则可与蛋白质、 DNA、RNA 等 重 要 生 物 大 分 子 及 某 些 神 经 递 质 发 生 化 学 反 应，从而影响这些物质的结构与功能。 研究发现，内源性甲 醛可能与神经变性疾病的发病有关[2]。 其可使人类 tau 蛋白 错误折叠呈球形， 而这种球形聚合物在体内和体外均表现 出高度的细胞毒性[3]。 同时，在体外试验中发现，甲醛也可改 变 α-突触核蛋白的结构[4]。 泌尿系统是内源性甲醛从血液中 代谢排出体外的主要途径，以尿液为样本进行甲醛检测，作 为非侵入性检验为痴呆的诊断提供了新思路。
AD 相关神经丝蛋白
AD 相关神经丝 蛋 白 （neuronal thread protein，NTP）属 于 NTP 家族，是一个相对分子质量约为 41 000 的跨膜磷蛋白。 1992 年，de la Monte 等[6]首次在 AD 患者脑组织中发现了 NTP 和神经原纤维缠结 ， 同 时 发 现 NTP 可 能 在 AD 的 病 理 性 进 展中发挥着重要作用。 AD 相关 NTP 选择性地在大脑神经元 胞 体 中 表 达 ，且 在 AD 患 者 的 脑 组 织 中 选 择 性 增 高 ，其 功 能 可能与神经炎症的发生及细胞死亡有关。
研究显示， 在 AD 患者的脑脊液和尿液中 AD 相关 NTP 的 含 量 均 有 不 同 程 度 升 高 ，AD 患 者 尿 液 样 本 中 的 AD 相 关 NTP 相对分子质 量 与 脑 组 织 及 脑 脊 液 中 的 AD 相 关 NTP 相 对 分 子 质 量 相 同 ， 且 对 AD 诊 断 的 灵 敏 度 和 特 异 度 均 可 达 90%以上[7]，与脑脊液检查结果相当[8]。 但中度、重度 AD 患者 间的尿液 AD 相关 NTP 水平差异无统计学意义 [9]，表明其无 法为 AD 严重程度的 诊 断 提 供 依 据 。 研 究 同 时 发 现 ，VaD 组 与 对 照 组 间 的 尿 液 AD 相 关 NTP 水 平 差 异 无 统 计 学 意 义 ， 提 示 VaD 患 者 病 程 中 尿 液 AD 相 关 NTP 水 平 并 无 明 显 升 高 ，但 其 变 化 可 能 对 AD 与 VaD 的 鉴 别 诊 断 有 一 定 参 考 价 值。
随着人口的老龄化，痴呆的发病率逐年升高，给患者家 庭和社会造成极大负担。 由于痴呆发病隐匿，故寻找灵敏度 高、特异性强的生物标志物对于痴呆的诊断，尤其是对于临 床前期和早期阶段痴呆的诊断显得尤为重要。 当前公认的、 较为有效的 AD 辅助 诊 断 生 物 学 标 志 物 有 总 tau 蛋 白 、磷 酸 化 tau 蛋白和 β 淀粉样蛋白 42[1]，但 其 检 测 时 均 需 取 患 者 的 脑脊液作为样本。由于腰椎穿刺取样属于创伤性检查，可能会 对患者造成并发症和心理负担。相比之下，尿液标本中标志物 的检测作为一种无创性检测方法， 较脑脊液和血液检查更易 被患者接受和推广。本文将对尿液生物标志物作为痴呆（尤其 是 AD）辅助诊断指标的现状及未来进展作一综述。
200025）
痴呆是指由各种原因造成的获得性、持续性智力障碍综 合征，患者表现出多种高级皮质功能损害。 其中，阿尔茨海 默病（Alzheimer's disease，AD）是痴呆最 常 见 的 类 型 ，其 主 要 病理特征为细胞外 β 淀粉样蛋白沉积形成老年斑， 以及高 度磷酸 化 的 Tau 蛋 白 形 成 神 经 原 纤 维 缠 结 。 其 他 常 见 的 痴 呆 类 型 还 包 括 血 管 性 痴 呆 （vascular dementia，VaD）、额 颞 叶 痴呆、 路易体痴呆和其他原发性或继发性影响脑功能的各 种疾病。
基 金 项 目 ：上海交通大学医学院协同创新合作项目（2015272） 通讯作者：王 刚 E-mail: wgneuron@
临床研究发现，中重度痴呆患者尿液中的甲醛浓度与其 简 易 精 神 状 态 检 查 量 表 （mini-mental state examination， MMSE）评分间具有明显的负相关，即尿液中 甲 醛 水 平 越 高 ， MMSE 评 分 就 越 低 ， 提 示 尿 液 中 甲 醛 浓 度 可 与 MMSE 协 同 用于痴呆的诊断。 同时，尿液中甲醛水平在中重度痴呆患者 中升高的程度与其痴呆的严重程度呈正相关。 然而，由于其 水 平 在 各 类 型 痴 呆 患 者 （包 括 AD、VaD、混 合 型 痴 呆 和 其 他 类 型 痴 呆 ）中 均 升 高[5]，因 此 缺 乏 特 异 性 ，仅 能 对 痴 呆 及 其 程 度 的诊断提供支持，而不能作为鉴别痴呆类型的依据。对于轻度 认 知 障 碍 （mild cognitive impairment，MCI）和 轻 度 痴 呆 患 者 ， 其尿液中的甲醛水平较正常对照者仅有轻度升高， 但可结合 MMSE 量表评分来作为老年人 MCI 广泛筛查的途径。
有 研 究 发 现 ，在 MCI 患 者 中 ，脑 脊 液 、血 液 和 尿 液 中 的 AD 相 关 NTP 水 平 均 明 显 升 高 [10]， 尤 其 是 携 带 载 脂 蛋 白 E （apolipoprotein E，APOE）ε4 等 位 基 因 的 患 者 [11]， 且 尿 液 AD 相关 NTP 检查与脑脊液检查结果均具有较高的灵敏度和特
有 证 据 表 明 ，AD 患 者 体 内 的 犬 尿 酸 原 途 径 被 活 化 ，血 和脑脊液中左旋犬尿氨酸与色氨酸的比值升高， 同时血浆 中 3-羟基犬尿氨酸水平升高[14]。 3-羟基犬尿氨酸可产生有毒 的氧自由基，导致神经元变性、凋亡[15]。 动物痴呆模型实验显 示，4 个月龄的 APP/tau 双转基因小鼠较对照组尿液中的 3-羟 基犬尿氨 酸 水 平 明 显 升 高 ， 而 10 个 月 龄 及 15 个 月 龄 的 小 鼠与对照组间差异则无统计学意义， 提示这些代谢产物改 变和相关的氧化应激可能发生于痴呆症状出现之前[16]。 但目 前仍缺乏相关的临床试验， 动物模型实验效度和转化应用 问 题 尚 未 解 决 [17]，故 其 诊 断 价 值 仍 有 待 于 进 一 步 证 实 。
8-羟 基 脱 氧 鸟 苷
在 AD 氧化应激发病机制学说中，活性氧被认为参加了 β 淀粉样蛋白的神经毒性作用。 作为有氧代谢的产物，活性 氧能够攻击所有的生物分子和细胞内各种组分， 尤其是
DNA。 8-羟 基 脱 氧 鸟 苷 （8-hydroxy-2′ -deoxyguanosine，8-
OHdG） 是 DNA 氧 化 损 伤 的 特 异 及 主 要 的 产 物 和 生 物 标 志 物。 活性氧自由基攻击 DNA 分子中的鸟嘌呤碱基第 8 位碳 原 子 时 ，可 生 成 氧 化 性 加 合 物 8-OHdG，而 受 到 内 外 源 刺 激 后 ，8-OHdG 则 作 为 代 谢 废 物 随 尿 液 排 出 体 外 。 体 内 的 8OHdG 可使 DNA 产生难以修复的突变， 成为活性氧诱发疾 病的重要条件。 因此，8-OHdG 作为稳定、可靠的生物标志物 和氧化应激产物，可应用于多种疾病的早期诊断中。
3-羟 基 犬 尿 氨 酸
人体摄入的色氨酸除了合成蛋白质外，主要在肝、肾、脑 组织中代谢，生成多种生物活性物质。 体内的色氨酸代谢相 当复杂， 哺乳动物摄入体内的色氨酸绝大多数经犬尿酸原 途径代谢。 犬尿氨酸是色氨酸经犬尿酸原途径的初级代谢 产物， 其在犬尿酸氨基转移酶的作用下可进一步生成犬尿 喹啉酸。 犬尿喹啉酸是一种中枢神经系统兴奋性氨基酸受 体的广泛拮抗剂。 犬尿氨酸经犬尿氨酸单氧化酶作用则可 生成 3-羟基犬尿氨酸和喹啉酸， 这是代谢并 生 成 辅 酶 I，即 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （nicotinamide adenine dinucleotide， NAD+）的主要途径。 在脑组织中，犬尿喹啉酸主要由神经胶 质细胞产生， 而 3-羟基犬尿 氨 酸 和 喹 啉 酸 则 由 激 活 的 单 核 细胞产生。
在 神 经 变 性 疾 病 （AD、MCI、帕 金 森 病 ）患 者 尸 检 的 脑 组 织和白细胞的 DNA 中提取的 8-OHdG 水平均升高 ， [18-20] 其中 AD 患者的脑组织、脑脊液、外周血和尿液中都有 8-OHdG 水
J Diagn Concepts Pract 2016, Vol.15, No.2
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尿液生物标志物对痴呆诊断价值的研究进展
张月琪， 任汝静， 王 刚 （上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科 上海交通大学医学院神经病研究所， 上海
关键词：痴呆； 生物标志物； 尿液检测 中图分类号：R749.1+6 文献标识码：C 文章编号：1671-2870（2016）02-0190-05 DOI:10.16150/j.1671-2870.2016.02.023
左旋谷氨酰胺和 5-左旋谷氨酰甘氨酸
谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统中主要的神经递质，几 乎可调节正常脑内所有功能，包括学习、记忆、认知等。 有研 究表明， 谷氨酸能信号分子包括谷氨酸转运蛋白和相关的 酶的改变，可能参与了 AD 的神经功能失调[25]。
研究发现，AD 患者尿 液 中 的 左 旋 谷 氨 酰 胺 和 5-左 旋 谷 氨酰甘氨酸水平较对照组升高[26]。 其中左旋谷氨酰胺是谷氨 酸的前体物质，具有广泛的抗氧化作用，可能在脑的氧化应 激中发挥着重要的保护作用；而 AD 患者体内左旋谷氨酰胺 对于脑组织的保护作用可能减弱，呈现代偿性增加。 5-左旋 谷氨酰甘氨酸与 γ-氨基丁酸结构相 似 ， 是 一 种 兴 奋 性 氨 基 酸受体拮抗剂，可减少谷氨酸的释放，保护神经元并对抗谷 氨酸的神经毒性。 关于 尿 液 中 的 左 旋 谷 氨 酰 胺 和 5-左 旋 谷 氨酰甘氨酸在 MCI 患者中的代谢改变， 目前仍缺乏临 床 试 验研究。
甲醛
机体内甲醛根据其来源途径可分为外源性和内源性 2 种。 外源性甲醛对认知功能的影响有限，而内源性甲醛则 对脑认知功能的影响更大。 人体内甲醛主要通过肝脏中的 酶促反应生成甲酸，随尿液或转化为二氧化碳排出体外。 若 内源性甲醛的生成和代谢途径异常时， 则可与蛋白质、 DNA、RNA 等 重 要 生 物 大 分 子 及 某 些 神 经 递 质 发 生 化 学 反 应，从而影响这些物质的结构与功能。 研究发现，内源性甲 醛可能与神经变性疾病的发病有关[2]。 其可使人类 tau 蛋白 错误折叠呈球形， 而这种球形聚合物在体内和体外均表现 出高度的细胞毒性[3]。 同时，在体外试验中发现，甲醛也可改 变 α-突触核蛋白的结构[4]。 泌尿系统是内源性甲醛从血液中 代谢排出体外的主要途径，以尿液为样本进行甲醛检测，作 为非侵入性检验为痴呆的诊断提供了新思路。
AD 相关神经丝蛋白
AD 相关神经丝 蛋 白 （neuronal thread protein，NTP）属 于 NTP 家族，是一个相对分子质量约为 41 000 的跨膜磷蛋白。 1992 年，de la Monte 等[6]首次在 AD 患者脑组织中发现了 NTP 和神经原纤维缠结 ， 同 时 发 现 NTP 可 能 在 AD 的 病 理 性 进 展中发挥着重要作用。 AD 相关 NTP 选择性地在大脑神经元 胞 体 中 表 达 ，且 在 AD 患 者 的 脑 组 织 中 选 择 性 增 高 ，其 功 能 可能与神经炎症的发生及细胞死亡有关。
研究显示， 在 AD 患者的脑脊液和尿液中 AD 相关 NTP 的 含 量 均 有 不 同 程 度 升 高 ，AD 患 者 尿 液 样 本 中 的 AD 相 关 NTP 相对分子质 量 与 脑 组 织 及 脑 脊 液 中 的 AD 相 关 NTP 相 对 分 子 质 量 相 同 ， 且 对 AD 诊 断 的 灵 敏 度 和 特 异 度 均 可 达 90%以上[7]，与脑脊液检查结果相当[8]。 但中度、重度 AD 患者 间的尿液 AD 相关 NTP 水平差异无统计学意义 [9]，表明其无 法为 AD 严重程度的 诊 断 提 供 依 据 。 研 究 同 时 发 现 ，VaD 组 与 对 照 组 间 的 尿 液 AD 相 关 NTP 水 平 差 异 无 统 计 学 意 义 ， 提 示 VaD 患 者 病 程 中 尿 液 AD 相 关 NTP 水 平 并 无 明 显 升 高 ，但 其 变 化 可 能 对 AD 与 VaD 的 鉴 别 诊 断 有 一 定 参 考 价 值。
随着人口的老龄化，痴呆的发病率逐年升高，给患者家 庭和社会造成极大负担。 由于痴呆发病隐匿，故寻找灵敏度 高、特异性强的生物标志物对于痴呆的诊断，尤其是对于临 床前期和早期阶段痴呆的诊断显得尤为重要。 当前公认的、 较为有效的 AD 辅助 诊 断 生 物 学 标 志 物 有 总 tau 蛋 白 、磷 酸 化 tau 蛋白和 β 淀粉样蛋白 42[1]，但 其 检 测 时 均 需 取 患 者 的 脑脊液作为样本。由于腰椎穿刺取样属于创伤性检查，可能会 对患者造成并发症和心理负担。相比之下，尿液标本中标志物 的检测作为一种无创性检测方法， 较脑脊液和血液检查更易 被患者接受和推广。本文将对尿液生物标志物作为痴呆（尤其 是 AD）辅助诊断指标的现状及未来进展作一综述。
200025）
痴呆是指由各种原因造成的获得性、持续性智力障碍综 合征，患者表现出多种高级皮质功能损害。 其中，阿尔茨海 默病（Alzheimer's disease，AD）是痴呆最 常 见 的 类 型 ，其 主 要 病理特征为细胞外 β 淀粉样蛋白沉积形成老年斑， 以及高 度磷酸 化 的 Tau 蛋 白 形 成 神 经 原 纤 维 缠 结 。 其 他 常 见 的 痴 呆 类 型 还 包 括 血 管 性 痴 呆 （vascular dementia，VaD）、额 颞 叶 痴呆、 路易体痴呆和其他原发性或继发性影响脑功能的各 种疾病。
基 金 项 目 ：上海交通大学医学院协同创新合作项目（2015272） 通讯作者：王 刚 E-mail: wgneuron@
临床研究发现，中重度痴呆患者尿液中的甲醛浓度与其 简 易 精 神 状 态 检 查 量 表 （mini-mental state examination， MMSE）评分间具有明显的负相关，即尿液中 甲 醛 水 平 越 高 ， MMSE 评 分 就 越 低 ， 提 示 尿 液 中 甲 醛 浓 度 可 与 MMSE 协 同 用于痴呆的诊断。 同时，尿液中甲醛水平在中重度痴呆患者 中升高的程度与其痴呆的严重程度呈正相关。 然而，由于其 水 平 在 各 类 型 痴 呆 患 者 （包 括 AD、VaD、混 合 型 痴 呆 和 其 他 类 型 痴 呆 ）中 均 升 高[5]，因 此 缺 乏 特 异 性 ，仅 能 对 痴 呆 及 其 程 度 的诊断提供支持，而不能作为鉴别痴呆类型的依据。对于轻度 认 知 障 碍 （mild cognitive impairment，MCI）和 轻 度 痴 呆 患 者 ， 其尿液中的甲醛水平较正常对照者仅有轻度升高， 但可结合 MMSE 量表评分来作为老年人 MCI 广泛筛查的途径。
有 研 究 发 现 ，在 MCI 患 者 中 ，脑 脊 液 、血 液 和 尿 液 中 的 AD 相 关 NTP 水 平 均 明 显 升 高 [10]， 尤 其 是 携 带 载 脂 蛋 白 E （apolipoprotein E，APOE）ε4 等 位 基 因 的 患 者 [11]， 且 尿 液 AD 相关 NTP 检查与脑脊液检查结果均具有较高的灵敏度和特
有 证 据 表 明 ，AD 患 者 体 内 的 犬 尿 酸 原 途 径 被 活 化 ，血 和脑脊液中左旋犬尿氨酸与色氨酸的比值升高， 同时血浆 中 3-羟基犬尿氨酸水平升高[14]。 3-羟基犬尿氨酸可产生有毒 的氧自由基，导致神经元变性、凋亡[15]。 动物痴呆模型实验显 示，4 个月龄的 APP/tau 双转基因小鼠较对照组尿液中的 3-羟 基犬尿氨 酸 水 平 明 显 升 高 ， 而 10 个 月 龄 及 15 个 月 龄 的 小 鼠与对照组间差异则无统计学意义， 提示这些代谢产物改 变和相关的氧化应激可能发生于痴呆症状出现之前[16]。 但目 前仍缺乏相关的临床试验， 动物模型实验效度和转化应用 问 题 尚 未 解 决 [17]，故 其 诊 断 价 值 仍 有 待 于 进 一 步 证 实 。
8-羟 基 脱 氧 鸟 苷
在 AD 氧化应激发病机制学说中，活性氧被认为参加了 β 淀粉样蛋白的神经毒性作用。 作为有氧代谢的产物，活性 氧能够攻击所有的生物分子和细胞内各种组分， 尤其是
DNA。 8-羟 基 脱 氧 鸟 苷 （8-hydroxy-2′ -deoxyguanosine，8-
OHdG） 是 DNA 氧 化 损 伤 的 特 异 及 主 要 的 产 物 和 生 物 标 志 物。 活性氧自由基攻击 DNA 分子中的鸟嘌呤碱基第 8 位碳 原 子 时 ，可 生 成 氧 化 性 加 合 物 8-OHdG，而 受 到 内 外 源 刺 激 后 ，8-OHdG 则 作 为 代 谢 废 物 随 尿 液 排 出 体 外 。 体 内 的 8OHdG 可使 DNA 产生难以修复的突变， 成为活性氧诱发疾 病的重要条件。 因此，8-OHdG 作为稳定、可靠的生物标志物 和氧化应激产物，可应用于多种疾病的早期诊断中。
3-羟 基 犬 尿 氨 酸
人体摄入的色氨酸除了合成蛋白质外，主要在肝、肾、脑 组织中代谢，生成多种生物活性物质。 体内的色氨酸代谢相 当复杂， 哺乳动物摄入体内的色氨酸绝大多数经犬尿酸原 途径代谢。 犬尿氨酸是色氨酸经犬尿酸原途径的初级代谢 产物， 其在犬尿酸氨基转移酶的作用下可进一步生成犬尿 喹啉酸。 犬尿喹啉酸是一种中枢神经系统兴奋性氨基酸受 体的广泛拮抗剂。 犬尿氨酸经犬尿氨酸单氧化酶作用则可 生成 3-羟基犬尿氨酸和喹啉酸， 这是代谢并 生 成 辅 酶 I，即 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （nicotinamide adenine dinucleotide， NAD+）的主要途径。 在脑组织中，犬尿喹啉酸主要由神经胶 质细胞产生， 而 3-羟基犬尿 氨 酸 和 喹 啉 酸 则 由 激 活 的 单 核 细胞产生。
在 神 经 变 性 疾 病 （AD、MCI、帕 金 森 病 ）患 者 尸 检 的 脑 组 织和白细胞的 DNA 中提取的 8-OHdG 水平均升高 ， [18-20] 其中 AD 患者的脑组织、脑脊液、外周血和尿液中都有 8-OHdG 水
