Plasma neurofilament light chain is associated with cognitive decline in non-dementia older adults
一、研究背景与意义
在全球人口老龄化加剧的背景下,认知功能障碍相关疾病的预防与早期干预已成为公共卫生领域的重点议题。轻度认知障碍(Mild Cognitive Impairment, MCI)作为正常认知(Normal Cognition, NC)与痴呆之间的过渡阶段,其进展具有高度异质性,部分患者可在数年內进展为阿尔茨海默病(Alzheimer's Disease, AD)等痴呆类型,而早期识别具有进展风险的 MCI 患者是实现精准干预的关键前提。生物标志物因其客观、可量化的特性,在认知障碍疾病的早期诊断与预后评估中展现出重要价值。
神经丝轻链(Neurofilament Light Chain, NfL)是构成神经元轴突骨架的重要结构蛋白,主要参与维持轴突 caliber 与神经冲动传导速度。当神经元发生损伤或变性时,NfL 会释放到脑脊液(Cerebrospinal Fluid, CSF)中,随后可通过血脑屏障进入外周血液循环。已有研究证实,CSF NfL 水平升高与多种神经退行性疾病(如帕金森病、AD、额颞叶痴呆)的病理进展及认知功能下降密切相关。相较于 CSF 检测,血浆 NfL 检测具有微创、低成本、易重复等优势,更适合在大规模人群中开展筛查与长期随访。
然而,当前关于血浆 NfL 与非痴呆老年人群认知下降的研究仍存在诸多局限:其一,多数研究样本量较小,难以排除个体差异对结果的干扰;其二,部分研究未能区分 NC 与 MCI 亚组,无法明确血浆 NfL 在不同认知状态人群中的作用差异;其三,关于血浆 NfL 与认知功能的关联是否通过脑结构改变(如海马体积缩小、白质高信号增多)介导的机制研究尚不充分;其四,不同研究中血浆 NfL 在 NC 与 MCI 组间的差异结果存在矛盾,亟需更大样本的纵向研究验证。
基于上述研究现状,本研究(原文献标题:Plasma neurofilament light chain is associated with cognitive decline in non-dementia older adults)依托多域阿尔茨海默病预防试验(Multidomain Alzheimer’s Preventive Trial, MAPT)的大样本队列,旨在系统探索血浆 NfL 与非痴呆老年人群(包括 NC 与 MCI 亚组)认知功能的横断面及纵向关联,并进一步分析脑结构指标在其中的中介作用,为血浆 NfL 作为 MCI 患者认知下降预测标志物的临床应用提供循证依据。
二、研究方法
(一)研究对象
本研究的研究对象来源于 MAPT 队列,该队列是一项多中心、随机、安慰剂对照试验,初始纳入 1679 名年龄≥70 岁的无痴呆老年人群,主要目的是评估多域干预(包括体育锻炼、营养咨询、认知训练)联合或单独使用 ω-3 脂肪酸补充剂对认知功能的保护作用。纳入标准包括:存在自发性记忆主诉、至少一项工具性日常生活活动受限,或步速缓慢(<0.8 m/s);排除标准包括:简易精神状态检查(Mini-Mental State Examination, MMSE)评分≤24 分、已确诊痴呆、基本日常生活活动困难,或正在服用多不饱和脂肪酸补充剂。
在本研究中,从 MAPT 队列中筛选出接受过血浆 NfL 检测的 512 名受试者作为初始样本,进一步排除血浆 NfL 水平超过均值 4 个标准差的极端值(n=5)及无临床痴呆评定量表(Clinical Dementia Rating, CDR)评分的受试者(n=3),最终纳入 504 名非痴呆老年人群作为研究对象,其中男性 201 名(40%),女性 303 名(60%),中位年龄为 75 岁(四分位距 [Interquartile Range, IQR]:72.0-79.0 岁)。根据 CDR 评分将受试者分为两组:NC 组(CDR=0,n=223)和 MCI 组(CDR=0.5,n=281)。所有受试者均签署书面知情同意书,本研究方案经图卢兹伦理委员会(CPP SOOM II)批准,符合相关伦理准则与法规要求。
(二)主要变量测量
1. 血浆 NfL 检测
研究对象的血液样本采集于 EDTA 抗凝管中,其中 92%(n=465)的受试者使用入组后第 1 年的血液样本,其余 8%(n=39)使用入组后第 2 年的血液样本,且血液采样与认知功能评估在同一天进行。血浆 NfL 水平采用电化学发光法检测,使用 R-PLEX 人神经丝 L 抗体试剂盒(F217X-3)及 MSD Gold 96 孔小斑点 SA 平板(L45A-1),样本在稀释液 12(R50JA-3)中进行 2 倍稀释后双复孔检测,检测仪器为 Meso Scale Discovery 系统。该检测方法的批内变异系数(Intra-assay Coefficient of Variation, CV)为 7.8%,批间变异系数(Inter-assay CV)为 15.4%,确保了检测结果的可靠性与重复性。
2. 认知功能评估
研究采用纵向设计,对受试者进行为期 4 年的认知功能随访评估,主要结局指标包括全局认知功能与各认知域功能:
全局认知功能:采用 MMSE 与复合认知评分(Composite Cognitive Score, CCS)评估。MMSE 量表涵盖定向力、记忆力、注意力、计算力、语言能力等维度,总分 0-30 分,分数越高表示认知功能越好;CCS 为四个认知域(记忆、语言、执行功能、定向力)z 分数的均值,z 分数计算基于各认知测试的初始均值与标准差,CCS 越高表示整体认知功能越优。
各认知域功能:
记忆功能:采用自由与线索选择性提醒测试(Free and Cued Selective Reminding Test, FCSRT)评估,主要测量情节记忆的编码与提取能力;
语言功能:采用类别命名测试(Category Naming Test)评估,反映语言流畅性与词汇储备;
执行功能:采用韦氏成人智力量表修订版数字符号替换测试(Digit Symbol Substitution Test-Weschler Adult Intelligence Scale-Revised, DSST-WAISR)评估,主要反映注意力、处理速度与执行控制能力;
定向力:采用 MMSE 量表中的 10 项定向力条目评估,包括时间定向与地点定向。
3. 脑结构影像学指标测量
在入组后 12 个月内,对部分受试者进行磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)扫描,采用 SPM5 工具箱处理 3D T1 加权序列图像,提取的脑结构指标包括:白质体积(cm³)、白质高信号(White Matter Hyperintensities, WMH)、海马体积(cm³)及杏仁核体积(cm³),上述指标用于探索脑结构在血浆 NfL 与认知功能关联中的中介作用。
4. 协变量收集
收集的协变量包括:年龄(连续变量,以中位年龄及四分位距表示)、性别(分类变量,男 / 女)、体重指数(Body Mass Index, BMI,连续变量,计算方式为体重 / 身高 ²,单位 kg/m²)、教育水平(分类变量,根据学历层次划分)及 MAPT 干预组(分类变量,包括多域训练 +ω-3 补充剂组、ω-3 补充剂组、多域训练组、安慰剂组),上述变量在统计分析中用于控制潜在混杂效应。
(三)统计分析方法
1. 描述性统计分析
采用均值 ± 标准差(Mean±SD)、中位數 [四分位距] 或频数(百分比)描述研究对象的基线特征;组间比较采用独立样本 t 检验(正态分布连续变量)、Wilcoxon 秩和检验(非正态分布连续变量)或卡方检验(分类变量),检验水准设为 α=0.05。
2. 血浆 NfL 与认知功能的关联分析
采用混合效应线性模型(Mixed-Effects Linear Models)分析血浆 NfL 与认知功能的横断面(基线关联)及纵向(4 年随访变化)关联,模型中纳入受试者个体随机效应与时间随机斜率,以控制重复测量数据的相关性。分别在总人群、NC 组及 MCI 组中进行分层分析,同时调整年龄、性别、BMI、教育水平及 MAPT 干预组等协变量。
3. 血浆 NfL 分层分析
根据血浆 NfL 水平的四分位数,在 NC 组与 MCI 组内分别将受试者分为高 NfL 组(NfL+,上四分位数,NC 组 cutoff 值为 89.7 pg/ml,MCI 组 cutoff 值为 93.86 pg/ml)与低 NfL 组(NfL-,非上四分位数,作为参照组),采用混合效应线性模型比较两组在认知功能基线水平及 4 年变化趋势上的差异。
4. 敏感性分析
将载脂蛋白 E(Apolipoprotein E, APOE)基因型(APOE ε4 等位基因携带状态)作为额外协变量纳入混合效应线性模型,进行敏感性分析,以验证结果的稳健性。由于 APOE 基因型数据存在 10% 的缺失率,未纳入主分析模型。
5. 中介效应分析
基于 176 名具有完整脑结构影像学数据的受试者(其中 MCI 组 85 名),采用结构方程模型(Structural Equation Modelling, SEM)探索脑结构指标的中介作用。以血浆 NfL 为自变量,认知功能为因变量,将白质体积、白质高信号、海马体积及杏仁核体积整合为 “脑变性潜变量” 作为中介变量,调整年龄、BMI 及 MAPT 干预组等协变量,检验中介效应是否存在。
所有统计分析采用 SAS 9.4 软件(混合效应线性模型、敏感性分析)与 R 4.0.3 软件(中介效应分析)完成,结果可视化采用 Python 3.7 软件绘制,检验水准均为双侧 α=0.05。
三、研究结果
(一)研究对象基线特征
研究对象的基线特征如表 1 所示。在 504 名非痴呆老年人群中,MCI 组(n=281)的中位年龄(76.0 岁,IQR:72.0-79.0 岁)显著高于 NC 组(74.0 岁,IQR:71.0-78.0 岁)(p<0.05);性别分布方面,NC 组女性占比(65%)显著高于 MCI 组(56%)(p<0.05);MAPT 干预组分布在两组间无显著差异(p>0.05)。
血浆 NfL 水平方面,总人群中位值为 72.9 pg/ml(IQR:56.9-91.8 pg/ml),其中 NC 组中位值为 71.8 pg/ml(IQR:56.7-89.7 pg/ml),MCI 组中位值为 72.9 pg/ml(IQR:56.9-93.9 pg/ml),两组间差异无统计学意义(p>0.05)。
认知功能方面,MCI 组的各项认知指标基线水平均显著低于 NC 组(p<0.01):MCI 组初始 MMSE 中位值为 28 分(IQR:26.0-29.0 分),显著低于 NC 组的 29 分(IQR:28.0-30.0 分);MCI 组初始 CCS 中位值为 - 0.04(IQR:-0.61-0.48),显著低于 NC 组的 0.37(IQR:0.01-0.70);此外,MCI 组的 FCSRT、DSST-WAISR 及类别命名测试得分均显著低于 NC 组(p<0.01)。BMI 在两组间无显著差异(p>0.05)。
表 1 研究对象基线特征(N=504)
名称 | 货号 | 规格 |
U-PLEX Proinflam Combo 1 (hu) SECTOR (25 PL) | K15049K-4 | 25PL |
U-PLEX Proinflam Combo 1 (hu) SECTOR (5 PL) | K15049K-2 | 5PL |
U-PLEX Proinflam Combo 1 (hu) SECTOR (1 PL) | K15049K-1 | 1PL |