先前的研究表明，胶质细胞和神经元的变化可能会触发阿尔茨海默病（AD）中的突触功能障碍，但其标记物与活体大脑中突触异常之间的联系尚不清楚。我们调查了478名认知未受损（CU）和认知受损（CI）个体脑脊液（CSF）中胶质细胞反应性与突触功能障碍生物标志物之间的关联。我们测量了β-淀粉样蛋白（Aβ）、磷酸化tau蛋白（pTau181）、星形胶质细胞反应性（GFAP）、小胶质细胞激活（sTREM2）以及突触标记物（GAP43、神经颗粒素）。CSF GFAP水平与突触前和突触后功能障碍有关，独立于认知状态或Aβ的存在。CSF sTREM2水平在认知未受损的Aβ阳性个体中与突触前标记物相关，在认知受损的Aβ阳性个体中与突触后标记物相关。值得注意的是，CSF pTau介导了GFAP或sTREM2与突触功能障碍之间的关系。我们的发现（在两个独立队列TRIAD和ADNI中验证）揭示了胶质细胞对突触退化的独特贡献模式。
引言
阿尔茨海默病（AD）是一种神经退行性疾病，临床上表现为进行性认知和行为缺陷[1]。AD的标志性病理特征是细胞外β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块和细胞内tau神经纤维缠结的积累，这与脑细胞功能障碍和死亡相关[2]。随着体内生物标志物的进步，最近的研究表明，胶质细胞反应性和突触功能障碍构成了导致AD进展的病理生理级联的一部分[3,4,5,6]。小胶质细胞和星形胶质细胞是四部分突触的一部分[7]，也参与神经免疫反应[5,6]。小胶质细胞是中枢神经系统中先天免疫系统的主要细胞，可能会过度表达与AD进展相关的蛋白质，如髓系细胞上表达的触发受体2（TREM2）[8]。星形胶质细胞参与多种生理过程，在应对Aβ或tau聚集时变得具有反应性，经历分子、形态和功能变化，包括胶质纤维酸性蛋白（GFAP）表达增加[9,10,11]。理解四部分突触与经典AD蛋白病变（即Aβ和tau）之间相互作用的重要性已经得到了越来越多实验和生物标志物研究的证实[12,13,14,15,16]。
突触功能障碍的出现似乎早于神经元丢失，并且与认知下降有很强的相关性[3,4]。减少和受损的突触功能是认知障碍患者的关键特征[17]。获取和巩固信息的人类大脑过程从根本上依赖于功能性突触，这是神经元通信的主要协调者[18,19]。突触前生物标志物生长相关蛋白43（GAP43）似乎在认知中起作用。其水平在症状性AD患者的CSF中升高[20,21]，表明它有可能作为跟踪疾病进展的突触功能障碍生物标志物[22]。同样，突触后标记物神经颗粒素（Ng）是调节突触可塑性和功能的重要蛋白质，涉及促进长时程突触增强[25,26,27]。CSF Ng水平升高已被建议作为AD中突触后退化的生物标志物[27,28,29]。如果在AD病理生理进展的背景下得到良好验证，突触生物标志物可以潜在地用于监测疾病进展和治疗效果[30]。
结果
我们评估了来自TRIAD队列的107名个体，其中42名为CU Aβ-，22名为CU Aβ+，43名为CI Aβ+；以及来自ADNI队列的373名个体，其中59名为CU Aβ-，54名为CU Aβ+，260名为CI Aβ+。样本特征见表1。
GFAP与突触标记物的关联独立于Aβ
我们在TRIAD和ADNI队列的所有组中观察到CSF GFAP与GAP43和Ng之间的显著关联（CU Aβ- TRIAD GAP43: β = 0.37, 95%置信区间 = 0.04–0.71, p = 0.03, Ng: β = 0.36, 95%置信区间 = 0.01–0.70, p = 0.04；CU Aβ− ADNI GAP43: β = 0.24, 95%置信区间 = 0.01–0.47, p = 0.04, Ng: β = 0.35, 95%置信区间 = 0.11–0.59, p = 0.005；CU Aβ+ TRIAD GAP43: β = 0.93, 95%置信区间 = 0.41–1.45, p = 0.001, Ng: β = 0.38, 95%置信区间 = 0.12–0.64, p = 0.007；ADNI GAP43: β = 0.35, 95%置信区间 = 0.08–0.62, p = 0.01, Ng: β = 0.58, 95%置信区间 = 0.30–0.86, p = 0.0002；CI Aβ+ TRIAD GAP43: β = 0.33, 95%置信区间 = 0.02–0.34, p = 0.04, Ng: β = 0.38, 95%置信区间 = 0.02–0.74, p = 0.04；ADNI GAP43: β = 0.41, 95%置信区间 = 0.06–0.627, p = 1 × 10⁻⁹, Ng: β = 0.52, 95%置信区间 = 0.36–0.67, p = 8 × 10⁻¹⁰）。我们还在按性别分层的模型中进行了分析，结果在男性和女性中保持一致（补充表1）。模型还根据APOEε4状态进行了调整，没有观察到与所评估的CSF生物标志物有显著关联（补充表2）。
sTREM2仅在Aβ存在的情况下与突触标记物相关
我们将TRIAD和ADNI队列中的个体分为CU Aβ-、CU Aβ+和CI Aβ+组。在TRIAD和ADNI队列中，sTREM2仅在Aβ+个体中与GAP43显著相关，无论认知状态如何。这一发现表明，CU Aβ-个体不表现出这种关联（CU Aβ-: TRIAD β = 0.19, 95% CI = −0.07–0.07, p = 0.17; ADNI: β = 0.22, 95% CI = −0.01–0.44, p = 0.06；CU Aβ+: TRIAD β = 0.58, 95% CI = −0.39–0.72, p = 0.02; ADNI: β = 0.55, 95% CI = 0.32–0.79, p = 2 × 10⁻⁵；CI Aβ+: TRIAD: β = 0.38, 95% CI = 0.01–0.75, p = 0.01, ADNI: β = 0.39, 95% CI = 0.27–0.51, p = 1 × 10⁻⁹）。在TRIAD和ADNI中，CSF sTREM2仅在CI Aβ+个体中与突触后标记物Ng相关（CU Aβ−: TRIAD β = 0.12, 95% CI = −0.17–0.34, p = 0.34; ADNI β = 0.11, 95% CI = −0.15–0.37, p = 0.38；CU Aβ+: TRIAD β = 0.29, 95% CI = −0.13–0.72, p = 0.16; ADNI β = 0.18, 95% CI = −0.65−0.28, p = 0.41；CI Aβ+: TRIAD β = 0.36, 95% CI = 0.07–0.66, p = 0.01, ADNI β = 0.20, 95% CI = −0.01–0.39, p = 0.04）。此外，在调整连续CSF Aβ水平的模型中观察到了类似的结果（补充表1）。
突触标记物作为胶质细胞反应性的函数
Lowess曲线通过展示随着星形胶质细胞反应性的增加，突触前后标记物逐渐增加，独立于Aβ的情况，支持了以前的结果。相比之下，只有在CU Aβ+和CI Aβ+的情况下，突触标记物才随着小胶质细胞反应性的增加而增加。
PTau181介导GFAP-突触功能障碍关联
在TRIAD队列中，我们发现GFAP对突触前后标记物的影响通过CSF pTau181发生在所有组中。具体来说，中介分析显示，CSF pTau181完全介导了CSF GFAP对CSF GAP43的影响（CU Aβ−直接路径，p = 0.87；间接路径，p < 0.0001；CU Aβ+直接路径，p = 0.23；间接路径，p = 0.03；CI Aβ+直接路径，p = 0.94；间接路径，p < 0.0001）。类似地，pTau181也完全介导了CSF GFAP对CSF Ng的影响。
讨论
本研究表明，胶质反应与AD中的突触异常存在差异关联。我们的结果支持这样的观点：星形胶质细胞反应性与跨年龄和AD连续体患者的突触前和突触后功能障碍密切相关。相反，小胶质细胞激活与突触生物标志物的关联则取决于Aβ阳性的存在。我们还发现，CSF pTau181介导了活体人类中胶质反应性与突触功能障碍的关联。
本研究的优势之一是所有结果都在两个独立且特征明确的队列中进行了分析。然而，应考虑一些限制。我们的研究未包括血浆GFAP水平的分析，这可能导致与其他使用CSF GFAP测量的研究相比略有不同的结论。这项研究是在单一时间点进行的。因此，需要多个时间点的研究来更好地了解生物标志物变化如何与纵向疾病进展相关。希望有一个基于人群的纵向研究，包含多个时间点，以提供更全面的理解生物标志物的时间动态和顺序关系。使用动物模型和细胞培养的机制研究对于验证我们的临床发现至关重要。例如，涉及胶质细胞和神经元的细胞培养可以在受控条件下评估Aβ如何影响胶质细胞激活和突触功能障碍。此外，使用转基因动物模型的研究可以提供关于生物标志物异常时间顺序和假设下游过程因果关系的见解。我们的参与者主要是白人个体，强调了使用更多样化样本复制我们发现的重要性，以提高结果对外界多样世界人口的外部有效性。未进行调整以控制I型错误，因此，分析应被视为探索性的。
总之，我们的研究结果表明，活体人类中胶质反应性与突触功能障碍之间存在联系，这表明这种关联可能受到tau蛋白病理磷酸化的影响。虽然星形胶质细胞反应性似乎是导致衰老和AD中突触功能障碍的部分独立现象，但小胶质细胞激活对突触功能的影响由Aβ病理的出现决定。这些结果表明，突触生物标志物有可能作为针对衰老和AD中胶质反应性的临床试验的次要终点。
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