研究背景阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)是一种神经系统退行性疾病,以进行性认知功能下降为主要特征,为痴呆症中最常见的类型。随着全球人口老龄化加剧,AD逐渐成为老年人死亡和残疾的第三主要原因,给社会和家庭带来沉重负担。关于AD的机制研究较多,脑结构损害是目前最为公认的。研究证实,海马和内侧颞叶等认知相关脑区的灰质体积(Gray matter volume,GMV)减少,与AD认知损害显著相关。然而AD起病隐匿,临床上早期AD患者的脑结构和认知损害往往难以被识别,可能会Hepatocyte growth导致延误疾病的早期诊断。目前β-淀粉样蛋白和磷酸化tau蛋白(Phosphorylated-tau,p-tau)被认为是AD的病理标志物,它可以在AD早期临床症状出现之前就发生变化。尽管其在早期诊断中的潜力已经得到广泛认可,但目前诊断标准和检测方法存在差异,因此仍需进一步其他方便、经济且无创的血液生物标志物,以协助AD的早期诊断和鉴别。代谢组学是一种通过对生物样本中小分子代谢物进行定性和定量分析的关键工具,用于研究疾病异常代谢。识别特征性代谢物可以为寻找新的临床应用的诊断标志物或治疗靶点提供重要方法,同时也有助于我们理解代谢物与疾病生理病理变化以及临床表现之间的关系。本研究的主要目标是探索AD患者血浆中的代谢物变化,以及这些变化与脑结构损害之间的关系。研究目的(1)研究一:比较AD患者与认知正常(Cognitively unimpaired,CU)受试者的血浆代谢物差异,探索AD血浆代谢变化特征及相关代谢途径,寻找潜在的生物标志物;(2)研究二:在AD患者中,探索血浆差异代谢物与全脑GMV关系,以深入了解血浆代谢物紊乱与AD发生发展之间可能的关联;(3)研究三:进一步探索AD患者海马亚区体积的变化,以及这些海马亚区与记忆功能之间的关联,探讨AD患者记忆相关海马亚区体积与血浆差异代谢物之间的相关性。研究方法(1)研究一:使用高效液相色谱-质谱联用技术,对AD患者和CU受试者的空腹血浆样本进行非靶向代谢组学检测。通过生物统计学和生物信息学方法分析,找出AD患者和CU受试者之间的血浆差异代谢物。进一步对AD和CU组的差异代谢物进行两两间的相关性分析,利用数据库对这些差异代谢物的功能和代谢途径进行注释,寻找差异代谢富集通路,对有诊断价值的血浆差异代谢物,使用受试者工作特征曲线(ReLY2157299临床试验ceiver operating characteristic curve,ROC)计算曲线下面积(Area under the curve,AUC),并分析其与血浆p-tau以及认知功能之间的关系,进一步证实其可靠性。(2)研究二:比较AD组和CU组之间的脑GMV的差异,进一步在AD患者中将血浆差异代谢物与差异脑区GMV进行相关性分析。利用线性回归模型,添加年龄、性别、受教育程度、载脂蛋白E(Apolipoprotein E,APOE)携带状态和颅内总体积(Total intracranial volume,TIV)作为控制变量之后进一步评估关联程度。最后通过二元logistic回归逐步得到不同标志物联合的预测概率回归模型,并再次使用ROC曲线计算不同的回归模型的AUC。(3)研究三:在以上研究基础上,计算海马亚区体积,通过一般线性模型比较CU组和AD组之间海马亚区体积的组间差异,将疾病分组作为自变量,海马亚区体积作为因变量,年龄、性别、受教育程度、APOE携带状态和TIV作为协变量,P值进行FDR校正。最后添加年龄、性别、受教育程度、APOE携带状态和TIV作为协变量,使用偏相关分析探索海马亚区体积与记忆评分之间的关联,以及血浆差异代谢物与记忆相关海马亚MRTX849化学结构区体积之间的关联。研究结果(1)研究一:本项研究共纳入42例AD患者和59例CU受试者。在正离子和负离子模式下,分别鉴定筛选出49种两组间血浆差异代谢物。富集分析结果表明苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成途径在两组之间被发现富集。本研究中L-苯丙氨酸、吲哚、L-色氨酸在此途径中富集,这三种血浆代谢物的AUC均在0.73-0.75,且均与血浆p-tau显著相关,其中L-苯丙氨酸和L-色氨酸与部分认知功能显著相关。(2)研究二:AD患者在右侧海马、右侧颞中回、左侧梭状回、左侧颞下回、左侧尾状核、左侧颞中回表现出明显的脑GMV萎缩。在添加了控制变量之后,与右侧海马区GMV显著相关的差异代谢物有:L-谷氨酸、前列腺素E1、D-脯氨酸、L-半胱氨酸、十一烯酸、5-羟基奥美拉唑、奥美拉唑磺酰化物等。ROC分析结果发现同时联合APOE基因携带状态、血浆p-tau水平、L-苯丙氨酸、L-色氨酸、吲哚、右侧海马GMV、右侧颞中回GMV和左侧梭状回GMV的AUC为0.912,对于AD疾病诊断的预测准确性最高。(3)研究三:AD患者海马亚区体积显著低于CU组。其中与记忆评分显著相关的右侧海马亚区为:下托、CA1区、CA2/3区、CA4区、齿状回颗粒细胞和分子层、海马-分子层、海马尾部以及海马杏仁核过渡区。与海马CA2/3区和齿状回颗粒细胞和分子层相关的血浆差异代谢物较多。研究结论AD患者存在氨基酸脂质代谢、铁死亡、炎症氧化应激异常等病理生理过程,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成途径可能参与了AD的发生发展,血浆L-苯丙氨酸、L-色氨酸和吲哚可能是诊断AD的潜在生物标志物。AD患者的多种血浆代谢物与不同脑区GMV之间存在显著的相关性,其中有部分血浆代谢物还与记忆相关海马亚区体积显著相关,这可能为AD的诊治提供了新的视角。