超越阿尔茨海默病——中枢神经系统疾病中生物标志物见解的跨领域转化Beyond Alzheimer’s disease—translating biomarker insights across CNS diseases | Science Translational Medicine

摘要

阿尔茨海默病(AD)数十年的生物标志物识别与整合研究，推动了基于生物学的疾病模型、疾病亚型和疾病修饰治疗的发展。从AD生物标志物开发中获得的关键经验包括：需要整合新的生物学见解、投资大规模横断面和纵向研究、采用多组分生物标志物方法，以及招募具有目标人群代表性的临床试验队列和生物样本。本文描述了这些经验如何作为应用案例，在帕金森病、亨廷顿病、多发性硬化症和精神病性障碍中推动中枢神经系统疾病生物标志物方法的发展。

引言

生物标志物在药物开发、研究和临床实践中至关重要。当前的生物标志物模态包括成像、生理学、基于生物流体的组学和数字评估，随着技术的发展，这一列表将不断扩大。美国食品药品监督管理局(FDA)和国立卫生研究院(NIH)开发的生物标志物、终点和其他工具(BEST)资源，根据其在研究、药物开发和临床实践中的作用，将生物标志物分为诊断、监测、预测、预后、反应、安全性和易感性/风险等类别。这些生物标志物类别在药物开发中用于特定的监管用途(contexts of use, COUs)。

多组分生物标志物(MCB)方法因其能够表征和剖析疾病复杂性(例如诊断、分期、进展和分层)而变得越来越重要。MCB是BEST词汇表中定义的最新生物标志物类别，指两种或多种单独生物标志物的组合，当以特定方式共同考虑其值时，可提供正常生物过程、致病过程或对暴露或干预(包括治疗干预)的生物反应的指标。当单一测量或生物标志物无法充分捕捉生物过程时，就需要MCB。MCB的组分测量可以来自不同方法学(如脑成像、脑电图(EEG)、基因组学和数字健康技术)，或通过单一检测/平台方法学(如蛋白质组学、转录组学、基因组学或其他分析物的多重检测)获得。与单一生物标志物或当前临床实践相比，MCB有望增强诊断、预后或治疗监测。一个例子是高密度脂蛋白(HDL)/低密度脂蛋白(LDL)比率——一种由流行病学数据支持的简单算法，用于评估心血管风险，突显了理解生物合理性和MCB相比单个标志物的价值增加的重要性。

本综述的总体目标是描述从阿尔茨海默病(AD)丰富的生物标志物识别历史中获得的经验，以推进对其他中枢神经系统(CNS)疾病或状况的理解和诊断。这些经验旨在指导MCB方法的应用，为开发基于生物学的疾病进展模型、识别疾病亚型，并最终推动疾病修饰治疗的发展铺平道路。本综述受到美国国家科学院、工程院和医学院神经科学与神经系统疾病论坛主办的一次研讨会讨论的启发，该研讨会探讨了在CNS疾病中开发MCB的潜力。

阿尔茨海默病中的生物标志物开发

AD连续谱

AD是一种以认知和功能能力进行性下降为特征的疾病。AD的特征是大脑中异常的淀粉样蛋白斑块和神经原纤维缠结的积聚。虽然历史上其诊断和严重程度评估依赖于临床症状学，但最近的基于生物标志物的研究表明，认知症状代表了长达数十年的病理生理过程的晚期阶段。散发性和家族性AD的正电子发射断层扫描(PET)和脑脊液(CSF)研究表明，存在一个长的临床前阶段，在此阶段可检测到的病理生理异常(淀粉样蛋白斑块和缠结的积聚)先于临床症状。AD随后被重新概念化为一个连续谱，其特征是在认知下降之前出现临床前阶段的生物学变化，最终发展为严重的AD痴呆。这促使AD诊断标准和分期方法发生了修订，从基于综合征的方法转变为纳入生物标志物的方法。

AD诊断标准和分期的演变视角

历史临床分期

图1提供了关键生物标志物相关事件、联盟和项目的时序线，这些为AD生物标志物的开发奠定了基础，表S1包含了FDA和欧洲药品管理局(EMA)与AD时序线中关键事件相关的出版物。历史上，对活体个体AD的诊断依赖于基于病史和神经系统检查的多领域遗忘性痴呆表型。这是一种概率性诊断，确定性AD需要尸检。Reisberg全球衰退量表和国家神经疾病与卒中研究所-阿尔茨海默病及相关疾病协会(NINCDS-ADRDA)标准在过去二十多年中塑造了临床实践和研究。然而，随着时间推移，人们逐渐认识到这种表型在表征潜在AD神经病理学方面缺乏特异性和敏感性。

图1. AD生物标志物开发中的关键事件时序线。

时序线上方(蓝色)显示了直接的生物标志物进展。时序线下方(橙色)显示了其他重要领域发展。AUC，适当使用标准；CAMD，主要疾病对抗联盟。FDA批准的直接链接可在表S1中找到。

生物标志物研究的进展，特别是从神经影像学和CSF研究中获得的见解，揭示了AD痴呆临床表现与大脑中发生的生物学变化之间的脱节。对此理解的一个里程碑式举措是2004年启动的阿尔茨海默病神经影像学倡议(ADNI)，这是一项具有影响力的公私合作伙伴关系，为科学界建立了开放获取的数据共享平台(

另一个重要里程碑是2008年建立的常染色体显性AD网络(DIAN)，这是一个处于常染色体显性AD风险中的国际登记系统(图1)。通过其对携带常染色体显性AD突变和非携带家族成员的观察性研究(DIAN-OBS)，DIAN提供了对AD临床前到临床谱系中生物标志物变化顺序和时间的无与伦比的见解。此外，DIAN试验单元(DIAN-TU)试验平台将这一知识扩展到干预领域，使在基因定义人群中进行预防和治疗研究成为可能(图1)。

这些举措与许多其他标志性研究一起，证明AD相关病理变化可能存在于广泛的临床前和临床连续谱中，疾病过程可能持续二十多年。同时，对其他痴呆症(如路易体痴呆(DLB)和帕金森病(PD)、以边缘系统为主的年龄相关TDP-43脑病(LATE)和血管对痴呆的贡献)的特征有了更全面的认识，突显AD只是导致认知下降和痴呆的几种病理之一。这些观察结果突显了需要基于生物学理解建立更精确和协调的AD分期系统。

整合生物标志物和淀粉样蛋白-β、tau和神经退行性变框架

2011年，国家老龄化研究所和阿尔茨海默病协会(NIA-AA)和国际工作组分别提出了更新标准，将AD重新定义为临床生物标志物构建，强调将生物标志物与临床症状结合起来。大脑淀粉样蛋白-β(Aβ)沉积的生物标志物和相关神经退行性变生物标志物，如淀粉样蛋白PET、CSF Aβ42、CSF tau和解剖磁共振成像(MRI)，被纳入以支持有症状个体的AD诊断。当时，2011年NIA-AA临床前建议提供了一个概念框架和研究标准，用于确定可量化因素，这些因素可预测临床症状的出现和用于支持AD诊断的生物标志物的异常程度。在这些建议之后不久，FDA批准了三种淀粉样蛋白PET成像剂，包括18F-florbetapir(Amyvid)、18F-flutemetamol(Vizamyl)和18F-florbetaben(Neuraceq)(图1和表S1)。然而，2013年，CMS关于淀粉样蛋白PET的国家覆盖决定没有为扫描提供覆盖。作为回应，2016年，阿尔茨海默病协会启动并指导了一项覆盖证据开发(CED)研究，称为痴呆成像—淀粉样蛋白扫描证据(IDEAS)研究。IDEAS研究招募了18000多名65岁及以上的医疗保险受益人，他们患有不明原因的轻度认知障碍(MCI)或病因不明的痴呆，发现淀粉样蛋白PET结果在60%以上的病例中改变了患者管理，提高了诊断信心，并在35.6%的参与者中改变了诊断。IDEAS研究的结果以及额外发表的临床试验数据为淀粉样蛋白PET成像的实用性提供了确凿证据，结束了2023年的CED，并允许对淀粉样蛋白PET成像进行医疗保险覆盖决定(www.cms.gov/medicare-coverage-database/view/ncacal-decision-memo.aspx?proposed=N&ncaid=308)。

淀粉样蛋白-β、tau和神经退行性变(ATN)构建于2016年引入，根据每个测量的致病实体将生物标志物分配到机制组，并建议将个体的生物标志物状态独立于其认知状态进行分配，从而促进对AD更精确和生物学基础的理解。在此基础上，2018年NIA-AA研究框架通过严格的多学科工作组流程开发，正式使用ATN构建作为根据生物标志物谱对生物标志物和患者进行分类的手段，从而将ATN标准确立为研究中AD定义的框架。2018年研究框架提出了跨越连续谱的AD诊断生物标志物分类系统。核心特征定义如下：A，通过CSF Aβ42、Aβ42/Aβ40比率或淀粉样蛋白PET测量的聚集Aβ；T，通过CSF磷酸化tau(ptau)或tau PET测量的tau；N，通过解剖MRI、氟脱氧葡萄糖(FDG)PET或CSF总tau(t-tau)测量的神经退行性变或神经元损伤。

AD诊断和分期的修订标准

2024年，研究框架进行了修订，以与该领域的主要发展保持一致，主要是新型FDA批准的AD疗法的出现，这些疗法针对核心疾病病理和AD血液生物标志物。修订后的标准在阿尔茨海默病协会的主持下发布，将AD定义为一种生物过程，该过程在症状出现前由AD神经病理学变化启动。生物标志物被分为核心(AD特异性)、非核心(对AD不特异但在致病级联中很重要)和非AD共病病理。核心生物标志物包括：A，淀粉样蛋白PET和Aβ蛋白病途径的生物流体生物标志物；T1，磷酸化和分泌tau片段(ptau 217、181和231)的生物流体测量；T2，AD tau沉积的tau PET或生物流体生物标志物，如微管结合区243。在疾病过程早期变得异常的A和T1生物标志物是核心1生物标志物。在疾病过程后期变得异常的T2生物标志物是核心2生物标志物。仅核心1生物标志物足以诊断AD，而核心1和核心2生物标志物结合则提供预后和分期信息。修订后的标准包括对致病途径至关重要但对AD不特异的生物标志物，如神经退行性变(N)和免疫/炎症(I)，以及α-突触核蛋白(αSyn)病理和血管性脑损伤等非AD共病病理的生物标志物。这些修订标志着AD诊断和分期的转变，在不断发展的AD诊断和管理格局中弥合了研究和临床实践之间的差距。

值得注意的是，2024年修订标准强调，在无症状个体中缺乏批准的治疗方法的情况下，常规诊断测试在研究研究背景之外是不合适的。同样，国际工作组2024年的修订建议将AD诊断限制在有MCI或痴呆症状的个体。两个框架都认识到生物标志物、早期治疗和共病的重要性，同时建议目前仅在症状阶段进行临床护理目的的诊断是合适的。在此背景下，进一步探索MCB组合可能有助于完善无症状个体的分期和诊断标准。然而，由于其应用需要广泛的纵向和前瞻性预后研究，单一或有限的生物标志物可能不足以满足此目的。

药物开发中的生物标志物

跟踪AD基本生物学过程的生物标志物的可用性对新型治疗开发至关重要。动物模型和人类研究表明生物标志物改变的特征时间进程，这对验证"淀粉样蛋白假说"作为治疗干预策略至关重要，涉及各种靶向Aβ的单克隆抗体。然而，最早使用这种方法的研究不需要脑Aβ作为入组证据，随后发现约30%的参与者缺乏治疗靶点，因为入组基于临床而非生物学标准。因此，许多治疗个体实际上没有AD。随后的临床试验要求确认Aβ入组，Aβ的纵向PET测量记录了随时间推移的实质性清除，这与临床反应相关。将Aβ和tau PET作为整合MCB用于患者选择，也识别了处于疾病中期阶段的个体，他们可能更有可能从治疗中受益。AD中的这些结果突显了生物标志物在患者选择、分层和监测具有临床意义结果的治疗效果方面的效用，这可能导致新型治疗方法的监管批准。尽管AD很复杂，是多种神经病理因素的结果，但整合MCB策略对于推进精准医学是必要的，并将使通过有效治疗的组合来靶向这种复杂生物学成为可能。

从AD生物标志物开发中获得的经验

经验1——需要大型数据和组织库

当前使用生物标志物对AD进行分期始于已知生物学，包括在尸检组织中检测到的结构和生化变化。这为将结构MRI和CSF或PET淀粉样蛋白和tau测量验证为可靠的病理测量提供了金标准参考。生物标志物量化病理程度与认知下降这一核心临床特征之间缺乏密切关系，突显了需要额外生物标志物。

对于没有已知潜在病理的功能性CNS疾病，ADNI所采用的方法可能有助于识别生物标志物。ADNI的一个重要经验是数据和生物样本库(CSF、血液和尸检组织)的关键作用。ADNI数据发表的6000多篇论文证明了南加州大学神经影像学实验室建立的用户友好系统的有效性(

对质谱测定的投资在ADNI十年后揭示了血液中具有与大脑测量令人信服关系的特定形式Aβ。现在，新一代免疫测定的表现与质谱相当。因此，血液分析物已成为AD研究的主要组成部分，其中一种最近已被批准使用(ptau217/Aβ1-42血浆比率；见表S1)。

ADNI的一个相关经验是，对于涉及MCB的任何工作，都需要允许改进测量和测定能力的策略，以便将新发现整合到疾病框架中。从ADNI开始，就预见了硬件、数据采集和分析协议的改进，允许更敏感的基于MRI的大脑萎缩测量。因此，MCB开发的基础不仅是研究开始时选择最先进的方法，还包括嵌入方法学进展整合策略。

经验2——需要大规模横断面和纵向研究

鉴于ADNI确定AD药物开发工具(特别是靶向大脑Aβ的工具)的目标，纵向设计至关重要(

对照和患者的潜在生物标志物横断面研究仍然是选择纵向测量的起点。对于ADNI，结构MRI、CSF生化和FDG PET发现提供了关键基础；横断面数据反对将脑电图(EEG)或功能性MRI(fMRI)作为核心测量纳入。获得的经验是，患者与对照横断面研究中出现的许多因素都告知了应纳入跨越数年的纵向研究的测量。此外，数周至数月的短期纵向研究可以在纳入扩展纵向协议之前估计个体内变异。

ADNI的一个显著发现是，随着时间的推移，个体生物标志物变化的轨迹存在差异，这些轨迹比最初认为的要长，且在更陡峭变化率发生的点上存在显著差异。对于AD，DIAN研究的遗传形式疾病对构建生物标志物轨迹时间线至关重要。简而言之，对具有遗传风险的个体进行的生物标志物研究，结合其年龄和父母出现症状的知识，提供了用于确定每个生物标志物变化何时出现的参与者特定时间锚定点。此外，随后证明DIAN队列中的生物标志物变化与ADNI一致。ADNI和其他纵向研究的最大经验是，没有一个或两个生物标志物足以满足所有临床和治疗开发目标，需要多个精心选择的生物标志物来理解AD的生物异质性，以更好地解决临床症状。由于存在已识别的病理，通过干预启动病理过程，有可能预防AD症状的出现。同时，当前ADNI在纵向研究中扩展生物标志物套件的方法为如何为没有已知主要病理的CNS疾病设计纵向研究提供了一个模型。

经验3——需要多种不同类型的生物标志物来构建完整的疾病模型

AD流体和成像生物标志物的开发直接源于神经病理学的发现和研究。尽管病理很复杂，但其核心是由Aβ和tau蛋白聚集体定义的。两种蛋白质的存在，每种都可能通过成像配体或流体测定进行检测，清楚地表明多种测量可能比单一测量更有信息量。事实上，很快发现Aβ42和tau联合测量比单独的任一生物标志物更敏感，从而最终采用Aβ和tau的比率作为CSF中的诊断生物标志物。由于流体和成像生物标志物越来越进行比较，也发现Aβ和tau在大脑中具有不同的时空分布。横断面和纵向成像研究支持病理生理学模型，其中Aβ沉积导致tau的聚集和扩散，从而将tau的新皮质扩散置于相对于Aβ的"下游"位置。支持这一模型的证据有助于当前框架，其中tau的测量在预后和分期中很有用，因为它们更有效地反映疾病进展。

经验4——招募具有目标人群代表性的临床试验和研究队列

代表性不足和处境不利的人群更可能发展与年龄相关的痴呆。然而，当前对AD潜在机制、临床进展、症状表现、诊断和治疗策略的理解主要基于对非西班牙裔白人的研究，西班牙裔或教育背景较低的个体代表性严重不足。最近适应招募策略以纳入更多来自代表性不足群体的个体的努力很有希望，尽管规模较小。了解人口统计学因素如何修改认知下降和痴呆的风险，可以产生关于祖先依赖性和健康相关生物机制的社会决定因素的新见解，这可以为未来的诊断和治疗干预提供信息。"代表性"研究队列的定义包括与健康结果相关的许多因素，包括祖先背景、社会经济地位、教育和获得医疗保健的机会。

招募策略因长期存在的任意排除标准而变得复杂，包括心血管疾病、糖尿病、创伤性脑损伤和胃肠道疾病等合并症，尽管与认知障碍和痴呆相关，但这限制了更广泛人群在神经影像学和AD临床试验中的参与。许多临床-病理学研究表明，患有AD的老年人通常具有多种大脑病理谱系。尸检研究表明，超过80%的可能散发性AD患者具有混合病理，最常见的是AD与血管或其它神经退行性病理相结合。社会经济地位较低的群体往往具有血管相关合并症的更高风险，这些共存病理可能以相加或协同方式相互作用。此外，缺乏对其他AD共病病理(如LATE或嗜银粒病)的有效验证生物标志物，使确定AD以外的其他病理变得更加复杂。2024年修订的AD诊断和分期标准已努力通过纳入非AD共病病理的生物标志物来解决这种复杂性；然而，尚不清楚这些生物标志物是否有助于捕捉所有人群中潜在的疾病生物学。扩大研究人群增加了可推广性，并可能提高MCB框架的总体模型预测能力，特别是当预测模型整合了通过多种模态获得的测量时。

许多研究集中在单一分析水平上检查环境、社会经济和其他健康社会决定因素。然而，受AD影响最大的人群将在其一生中同时经历多种相互交叉的因素。多层次表征这些因素可能会增加那些生活经历塑造了其与AD风险相关的生命历程轨迹的个体的韧性。

从AD中获得的经验在其他CNS疾病中的应用

与AD一样，MCB概念适用于许多CNS疾病。以下部分重点介绍了几种不同的CNS疾病示例，以及它们如何通过整合生物标志物向更基于生物学的诊断和分期迈进。这不是一个全面的列表；而是旨在支持AD所说明的常见方法。

帕金森病

PD是第二常见的CNS疾病，估计影响全球850万人。鉴于PD运动症状出现时约70%的多巴胺能神经元已经丧失，早期识别疾病对于患者和疾病修饰治疗(DMT)的临床试验都至关重要。然而，在早期阶段PD的鉴别诊断可能具有挑战性，导致难以识别适合干预试验的正确患者子集。PD药物开发领域仍然受到缺乏反映疾病生物学的稳健可靠生物标志物的阻碍。DLB也是如此，它与PD共享共同的病理，但具有不同的表型表达。这种共享病理导致该领域讨论是否应将它们合并为单一生物学定义的疾病。有关PD生物标志物和相关事件的时间线，请参见图2A，表S1列出了与PD时间线中列出的事件相关的FDA和EMA出版物。

图2. PD和HD生物标志物开发中的关键事件时序线。

在PD(A)和HD(B)的时间线中，直接的生物标志物进展显示在时序线上方(蓝色)。时序线下方(橙色)显示了其他重要领域发展。BQP，生物标志物资格计划；GWAS，全基因组关联研究；LOI，意向书；NSD-ISS，神经元αSyn疾病综合分期系统。PD的FDA LOI、FDA LOS、FDA批准、EMA LOS和EMA资格意见的直接链接可在表S1中找到。

PD生物标志物领域继续受益于AD中先前提到的经验。与tau和Aβ的演变相似，PD专注于与已知生物学和病理生理疾病过程有强烈联系的生物标志物，大量努力致力于αSyn，这是一种与PD在遗传和神经学上相关的突触前神经元蛋白。尽管在开发αSyn PET示踪剂方面取得了进展，但主要障碍是αSyn的低靶点密度，这需要对αSyn具有非常高亲和力且脱靶结合低。

αSyn种子扩增测定(αSyn SAA)检测CSF中错误折叠αSyn蛋白的存在，促进了PD和相关疾病首个生物框架的开发，导致该领域的广泛讨论。与多巴胺转运体(DAT)相似，αSyn SAA在临床前个体中表现出高阳性率(根据研究，敏感性和特异性为70%至90%)，突显了其在预防试验中患者选择方面的潜在效用。有了这些工具，自然史研究如帕金森病进展标志物倡议(PPMI)可以提供有关疾病时间性的见解：在无运动症状的个体中，αSyn SAA阳性在DAT缺陷之前出现，突显了MCB在PD预后和分期中的价值，反映了疾病进展。

与AD相似，PD领域已采用基于联盟的方法和开放科学/数据共享原则来推进全基因组关联工作、成像工作和分子生物测定。迄今为止最大的αSyn SAA数据集来自PPMI。与ADNI相似，PPMI设计具有纳入新兴方法学和技术进步的灵活性——新的生物样本收集和成像技术，以及数字测量——并能够基于新的招募策略添加额外队列，支持独立和MCB的开发。此外，已做出协调努力，通过NIH/国家神经疾病和中风研究所(NINDS)帕金森病生物标志物计划(PDBP)和帕金森病加速药物伙伴关系(AMPPD)以及后续的AMP PD和相关疾病(AMP PDRD)协调和共享生物样本、临床和成像数据，这是一个共享数据和分析以进行充分表征队列深度分子表型的公私合作伙伴关系(

值得注意的监管成功包括EMA对DAT作为早期运动PD临床试验富集生物标志物使用的正式资格意见，以及FDA的支持信(LOS)(表S1)。αSyn SAA被认为是PD的第一个经验证的分子流体生物标志物，在全球PD队列中得到复制。αSyn SAA测定技术的重要性得到了FDA的认可(图2A和表S1)。迈克尔J.福克斯帕金森病研究基金会(MJFF)围绕αSyn生物标志物的预竞争联盟以及精心设计的研究促进了该生物标志物的分析验证和广泛采用，这些研究使各种αSyn SAA在相同、充分表征的CSF样本集中进行比较评估成为可能。

尽管PD生物标志物领域取得了进展，但该领域仍迫切需要经过验证的疾病进展生物标志物。努力继续优化αSyn SAA测定以进行定量，将其迁移至侵入性更低的基质，并开发选择性αSyn PET成像示踪剂。在充分表征队列中进行的大规模蛋白质组学研究正在识别新靶点，如线粒体功能障碍和溶酶体稳态，这些靶点正在接受正交验证，并将需要严格的分析和临床验证以用于监管和临床使用。继续强调开发多巴胺能系统以外的生物标志物，如神经炎症、突触密度和胆碱能系统的神经成像，将提高我们在更早期(在多巴胺能系统受到影响之前)识别患者的能力，并更广泛地阐明神经元功能障碍的贡献。对神经系统疾病中共享病理的进一步理解将加深我们对共享病理临床影响的理解和建模，并导致纳入新生物标志物的分期框架，以促进精准医学。鉴于PD的异质性，MCB方法可能需要推进治疗开发。

亨廷顿病

亨廷顿病(HD)是一种常染色体显性、罕见、神经退行性疾病，平均诊断年龄为39岁。有关HD生物标志物和相关事件的时间线，请参见图2B。HD是最早被识别的几种疾病之一，其中基因突变[亨廷顿蛋白(HTT)]是三核苷酸重复扩增；CAG(胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤)突变的长度与HD发病年龄相关。这一发现引发了具有即时预后意义的第一个遗传生物标志物。为准备对已知遗传风险的健康人士进行首次自然史研究，PREDICT-HD研究的调查人员开发了算法，以根据多聚谷氨酰胺重复的长度和当前年龄最佳估计发病年龄。在15年研究中，鉴于前瞻性诊断病例与发病估计进行了比较，该算法得到了很好的验证。生物标志物性能的关键是考虑每个人相对于三核苷酸重复长度的年龄；因此，该生物标志物被认为是疾病负担的测量，因为它反映了个体已携带特定水平CAG扩增的年数。这种标记物的变体现在被用于大多数研究中，作为HD恶化在临床前或临床体征或症状出现前的疾病连续谱中的有效指标。

研究结果很快证实了在感觉、运动、认知、情绪和神经影像学测量中，传统诊断前数十年就有明确的疾病证据。来自影像学、运动、认知、功能和精神病学领域的39项以上测量显示，临床前HD和家族对照之间的进展率不同。尽管早期努力将轻度认知障碍(MCI)转化为用于对认知缺陷不足以显著影响日常功能的个体进行分类的构建，但这一构建从未获得认可。调查人员和护理提供者很快观察到，CAG乘以年龄的乘积分数存在可能通过多组分测量改进的方差。因此，开发了多变量风险评分(MRS)，使用近1100名研究参与者，并纳入临床症状严重程度(数字符号和运动检查)以改进发病年龄的预后估计。随后，MRS使用大型共享数据库进行了标准化，现在被称为预后指数。

如上所述，含有CAG扩增的突变HTT形式是有毒的，导致HD病理，包括聚集蛋白和纹状体及相关脑区域的明显萎缩。与使用淀粉样蛋白和tau的AD进展一致，开发可靠有效的突变HTT(mHTT)蛋白测定的努力多年来一直很突出。使用血浆和CSF的mHTT生物流体测量经常使用；尽管测定的通量可能较低，所需资源较高，检测下限可能排除距估计发病时间超过12年的临床前基因突变携带者。

2015年至2017年间，针对46名早期HD患者的反义寡核苷酸(ASO)介导的HTT mRNA水平降低的随机对照试验降低了CSF中mHTT的浓度。第一种ASO疗法继续进入3期，另外两项等位基因特异性ASO试验也很快开始。2021年，由于所选生物标志物显示HTT降低但无治疗益处，所有三项ASO试验都暂停进行修改。目前有两项试验正在进行。已发表出色的评论文章，分享成功和失败的经验教训。RNA靶向ASO已获准用于其他神经系统疾病，如脊髓性肌萎缩的治疗(nusinersen)。这些经验教训超出了AD的范围，鼓励科学家在CNS疾病之间保持开放沟通和共享经验。随着该领域将进展从一种CNS疾病转化为另一种，MCB的共同探索将继续至关重要。

CNS疾病中的许多挑战是接收新治疗时典型的炎症反应。迄今为止，治疗开始时已观察到脑室扩大或神经丝轻链(NfL)增加，尽管变化何时以及是否返回治疗前水平尚未得到充分记录。需要进一步研究以战略性地解决和理解这些发现。在HD中，纹状体的神经影像学体积早在二十多年前就被提议作为临床试验的结果和疾病监测措施。然而，缺乏标准化、可靠性和有效性指南限制了MRI在临床试验中的广泛应用。最近由关键路径研究所(C-Path)的HD监管科学联盟(HD-RSC)发表的一篇文章描述了在临床试验中应用神经影像学测量所需的标准和优化步骤。最近，PET配体11C-CHDI-180R和[18F]-CHDI-650已在临床前小鼠和猕猴模型中得到验证，以量化mHTT聚集体。尽管存在挑战，向人类的转化充满希望。

由C-Path的HD-RSC生成并针对AD ATN分类系统建模，开发了HD综合分期系统(HD-ISS)。分类基于CAG长度作为HD标记(0期)、纹状体萎缩作为致病生物标志物(1期)、运动或认知缺陷作为HD体征和症状(2期)以及功能下降(3期)。HD-ISS用于提供潜在整合新生物标志物的模板，这是对经验1的直接回应：基于大型数据和组织库整合新的生物学见解。然而，由于模型适当扩展以整合新发现，包括为每个HD阶段仔细标准化、标准化和验证的测量，仍有许多工作要做。经验2和3(大规模纵向研究和多样化生物标志物的重要性)经历了间歇性成功。尽管对理解HD至关重要，但过度依赖mHTT测量可能减缓了进展，因为其他潜在标记物受到较少关注。同样，原始大型研究因资源限制而中断，当前大型研究未能整合多种标记物。经验4(招募具有目标人群代表性的临床试验队列和生物样本)在罕见疾病中具有挑战性，尽管HD社区受益于全球社区，并倡导在各国建立研究站点(Enroll-HD)。最近的一项系统综述显示，八种生物标志物经过可重复性和荟萃分析验证用于1期(NfL)、2期[24S-羟基胆固醇(24OHC)、27-羟基胆固醇(27OHC)、NfL和tau]和3期(皮质醇、HDL、mHTT和HTT)，尽管测定特异性和作为预后标记物以外的COU的细节尚未得到验证。我们期待HD的MCB取得持续进展，以加速当前和新型临床试验来改变这种可怕的疾病。

多发性硬化症

全球近300万人患有多发性硬化症(MS)。过去20年中，MS的诊断取得了进展，随着监测和诊断的改善，已批准了多种有效治疗方法。MS轨迹的这一显著变化在很大程度上受益于成像生物标志物的使用。有关MS生物标志物和相关事件的时间线，请参见图3A，表S1列出了与MS时间线中事件相关的FDA出版物。

图3. MS和精神病相关生物标志物开发中的关键事件时序线。

在MS(A)和精神病性障碍(B)的时间线中，直接的生物标志物进展显示在时序线上方(蓝色)。时序线下方(橙色)显示了其他重要领域发展。APS，减弱精神病综合征；CHR，精神病临床高风险；D2R，多巴胺D2受体；ERP，事件相关电位；5-HT2AR，5-羟色胺2A受体；HVA，高香草酸；M1R，毒蕈碱乙酰胆碱M1受体；M4R，毒蕈碱乙酰胆碱M4受体；PSYCHS，与SIPS协调的阳性症状和诊断标准；RDoC，研究领域标准；SCZ，精神分裂症；SV2A，突触囊泡糖蛋白2A。FDA LOIs和LOS的直接链接可在表S1中找到。

MS诊断和治疗的一项关键进展是证明与该疾病相关的CNS损伤可以通过MRI可视化。MRI整合到诊断标准中紧随其后，使用钆(Gd)基对比剂检测MS病变现在是当代诊断程序的重要组成部分。此外，通过MRI检测新的Gd增强病变和新的或扩大的T2病变通常用于临床环境中监测疾病活动，并在2期临床试验中作为概念验证评估。

尽管神经影像学在MS管理中发挥着重要作用，但流体生物标志物也开始显示出作为监测疾病活动工具的前景。其中最成熟的生物标志物是NfL，可在MS患者的CSF和血清中找到。尽管对MS不特异，但升高的血清和CSF NfL被认为是指神经轴突损伤的指标，因此在监测可能不明显的疾病活动方面具有潜在效用，并在做出治疗决策时作为补充考虑。

现有医学文献表明，MS是一种从发病开始的进行性疾病，神经退行性机制有助于疾病进展，尽管治疗方法对MS的炎症方面产生了实质性减少。对MS神经退行性方面的有限理解为应用AD经验提供了肥沃的土壤。尽管在诊断和治疗方面取得了进展，但将生物学机制与临床结果联系起来仍有相当大的需求，生物标志物在建立这种联系中发挥着关键作用。尽管成像生物标志物(如Gd增强和T2病变)以及流体生物标志物(如NfL和胶质纤维酸性蛋白(GFAP))显示出前景，但仍需要稳健的成像和流体生物标志物来检测推测的潜在疾病机制，并作为解锁药物发现和个体患者疾病管理的关键。阿尔茨海默病社区的大规模横断面和纵向研究的见解可以提供可能指导MS调查的见解和指导。尽管MS中存在许多队列研究，但它们在质量、数据和生物样本整理方面差异很大，并且不如需要解决将生物学机制与临床结果联系起来的挑战那样具有信息性。未来研究应旨在创建广泛队列，仔细整理以收集临床信息和生物样本，以填补对MS神经退行性方面理解的空白。此外，这些努力还可以借鉴AD的经验，拥有一个强大的生物标志物组合，可以测量疾病的全谱。尽管血清NfL、GFAP和神经影像学结果提供了潜在有价值的见解，但它们在预后能力方面仍然有限，研究界必须付出相当大的努力来扩大假设和验证生物标志物的范围。鉴于对MS疾病机制中神经退行性疾病的日益认识，AD中MCB的经验可能有助于为理解疾病生物学和作为临床试验和持续患者管理中的监测工具开发MS中的MCB。随着我们对MS疾病机制理解的成熟，预计会出现新兴的液体和成像生物标志物。

精神病相关疾病(精神分裂症和其他精神病性障碍)

全球10亿人患有精神疾病，代表8.5万亿美元的全球经济负担，许多患者对现有治疗没有反应。在昂贵的临床试验高失败率面前，精神疾病药物开发停滞不前。精神病试验仍未系统地纳入定量生物标志物测量来指导治疗开发，该领域仍限于粗略的类别诊断和依赖FDA认可的少数具有临床意义的结果测量，主要是评级量表。一百多年前，Bleuler创造了精神分裂症一词，用于慢性精神病综合征，以取代暗示脑结构进行性恶化的术语"早发性痴呆"。有关精神病生物标志物和相关事件的时间线，请参见图3B，表S1列出了与精神病时间线中事件相关的FDA出版物。

从AD中获得的一个关键经验是建立潜在生物学/病理生理过程的证据的重要性，该过程导致临床综合征。这在精神病中仍然是一个挑战，因为驱动复杂症状发作的因果病理生理过程仍然未知。精神病症状可能不仅源于具有弱个体水平效应的常见基因变异，还源于具有强效应的罕见突变，这些突变对下游症状发作的可能性更高(22Q11)。风险影响下游神经回路发育，这与关键神经发育事件相互作用。领先的精神病机制假说表明神经生物学通路的汇合，影响谷氨酸能、γ-氨基丁酸(GABA)释放或多巴胺能系统，随着疾病进展，可能涉及不同的区域相互作用。相比之下，精神病研究尚未就神经致病过程的单一可操作指标达成共识。

精神病的生物标志物搜索利用了多种神经影像学技术；然而，尚未识别和验证精神病生物标志物。与AD不同，精神疾病研究尚未在各组之间协调努力，以就测试、测量和评估工具达成一致。在缺乏针对靶向生物标志物开发的预设假设的情况下，可以利用数字行为测量等新技术。这需要利益相关者汇总数据集并协调变量、分析和目标，正如ADNI所展示的那样。精神病研究将从这一经验中获益匪浅，这需要从"精神分裂症"等概念出发，对整个领域进行根本性重构，不再仅仅依赖临床综合征测量，而是朝着定量映射可单独测量的精神病症状变异和多模态神经影像学和脑电图信号的方向发展。未来的精神病概念化可能涉及向谷氨酸-GABA-多巴胺症状(GGDS)构建的范式转变，类似于AD中的生物标志物构建。

即使接受这种构建，推进精神病生物标志物也需要致力于执行下一代横断面和纵向生物标志物研究，这些研究定量捕捉和验证这种构建。现有的纵向精神病队列，如精神病基因组学联盟或ENIGMA(通过荟萃分析增强神经影像学遗传学)临床组，是前进方向的示例。然而，还需要基于疾病的队列。

加速药物合作伙伴关系精神分裂症(AMP SCZ；www.ampscz.org)是一个全球联盟，体现了从AD中获得的经验教训。(i) 该联盟旨在纵向研究精神病风险，从疾病的临床前阶段开始。这对于推进疾病修饰治疗(DMT)而非对症治疗至关重要。(ii) 该联盟已将MCB作为构建完整疾病模型的方法。对于精神病，可以将此概念化为使用多种模态测量GGDS构建，这些模态捕捉疾病进展过程中的神经改变。为此，AMP SCZ正在捕捉多组分MRI、脑电图、认知、数字测量、流体测定和随时间测量的深度症状评估。(iii) AMP SCZ拥抱全球招募，涵盖43个美国和国际站点。精神病领域已认识到需要一个整合了在更广泛人群中随时间测量的MCB的生物学-症状框架。正如在AD中所见，此类努力更有可能识别可单独操作的精神病MCB，这些MCB映射到神经症状构建，以指导治疗开发。

操作和验证建议

将生物标志物作为临床试验或临床实践中的工具实施需要卓越的操作和广泛的验证研究(表1)。验证需要仔细考虑生物标志物(s)的预期用途(COU)以及解释生物标志物读数所需的证据。验证的目标是确定测试评估了它旨在测量的内容，并且生物标志物评估了相关的临床概念。相比之下，资格认证是一个建立生物标志物可用于药物开发计划的正式监管过程。资格认证基于正式的监管过程，旨在得出结论，即在规定的COU中，可以依赖生物标志物具有特定解释。解释取决于分析和临床验证，以评估生物标志物测量变异性和临床人群中生物变异的来源。分析和临床验证提供了有关个体患者或研究参与者水平决策所需的总生物标志物丰度或生物标志物丰度相对变化的信息。候选MCB的验证方法取决于数据源和生物标志物组件/输入的性质(如分类与连续读数)、组件是否计划顺序或并行使用、组合输入的方法(如整合与多重)以及将MCB与预期临床结果联系起来的方法。

表1. 生物标志物验证、资格认证和实施的操作建议。

表1中提供了生物标志物分析和临床验证的既定定义。重要的是，还应通过在独立样本中进行外部验证来追求可重复性、可靠性和可推广性。生物标志物往往过度反映其开发的数据集中的变量或无意中存在偏差的特征，因此在应用于新数据时表现不佳。量化和最小化变异源，以及了解研究或患者人群中的变异，是设计生物标志物指导的试验或在临床实践中建立精准医学方法所必需的。尽管MCB对于捕捉许多CNS疾病的生物学复杂性是必要的，但由于MCB的每个组件都增加了需要量化的额外变异源，因此它们本质上也更复杂。这从关于临床预后和诊断模型的大量文献中可见，这些模型具有多组分复杂性，通常包括来自生物标志物和临床特征的读数。不幸的是，许多用于结果预测和患者分层的预后和诊断模型显示出较差的可重复性，未能转化为临床实践。可重复性和可推广性方面的挑战为所需的严谨性和透明度提供了经验教训，以及确保用于开发模型的数据源代表预期使用案例的考虑因素。

MCB的临床应用和效用

在MCB可以应用于一般医疗保健环境之前，临床证据生成是操作化和可扩展性的第一项测试。fMRI和PET扫描是技术可扩展性将促进晚期临床试验和临床实践采用的示例。这些技术正应用于AD、PD和其他疾病的多中心临床试验中，以证明靶点参与、辅助剂量确定、富集高风险队列、描述病理表型、作为试验资格标准、评估疾病进展以及评估治疗干预的有效性。根据COU，将生物标志物纳入有用工具还需要考虑许多实际因素。这些包括成本、测量方法的可用性、所需分析的复杂性以及相关的专用资源或软件。

由于成像生物标志物的资源密集性和CSF生物标志物的侵入性，应考虑使用数字技术增加患者获取。最近，血浆生物标志物显示出作为早期AD病理检测中侵入性较低替代方案的潜力。现在有多种血液生物标志物测试可用于研究和临床使用。值得注意的是，2025年FDA批准了首个用于AD诊断的血液测试(表S1)。尽管如此，必须考虑技术和临床因素，以确保在常规临床环境中具有高性能和稳健性。

除了在现实世界环境中的持续性能和与基础真相的一致性外，生物标志物开发过程中的证据生成应与支付方相关，以确保他们在临床环境中的支持和最终采用及报销。MCB还应适用于不同的文化、地理和资源有限的环境。最后，仅在临床开发阶段制定强有力的证据生成计划是不够的，除非计划开展广泛的临床医生和患者教育，以使用筛查/早期诊断生物标志物而非临床判断。

结论

在过去十年中，采用生物标志物和MCB方法定义AD分子神经病理学方面的实质性进展，对于推进AD个体早期诊断和疾病轨迹表征研究至关重要(图1)。随着进一步表征基于大脑和生物流体的疾病测量技术的进步，AD MCB策略已从临床研究框架转变为未来可在临床实践中实施的框架。

AD生物标志物开发和采用MCB方法成功的一个关键要素是识别对疾病病理生理学具有因果关系的蛋白质和生物途径。生物标志物是根据捕获大脑和生物流体中疾病不同病理生理组分的明确定义的生物测定选定的。这些发现来自大规模、基于联盟的努力，涉及跨部门利益相关者，使用标准化、协调的生物和临床评估和生物样本在全球人群中表征疾病纵向过程，具有严格的质量保证/质量控制和数据的广泛共享。AD的MCB疾病概念和从AD中获得的经验教训正开始应用于其他神经系统疾病，如PD、HD和MS，通过开发疾病框架，迭代整合新兴分子生物标志物发现，以更好地在疾病过程早期诊断个体并表征个体疾病轨迹。

使用生物标志物和MCB方法研究CNS疾病的下一个重大进展将是识别响应生物标志物，以实现基于新机制的早期干预治疗，从而延迟或预防症状发作，否则在慢性、进行性疾病中难以治疗。AD正在通过生物标志物监测淀粉样蛋白清除干预的能力取得进展。最终，生物标志物和MCB方法有可能为患有CNS疾病的个体提供个性化治疗。

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