CN104237526B - 一种检测阿兹海默症罹患风险的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测阿兹海默症罹患风险的系统，包括一侦测装置，用以侦测一个体之一生物检体中的两种阿兹海默症生物标记分别产生的一磁减量讯号，其中所述两种阿兹海默症生物标记分别是tau蛋白质及Aβ‑42蛋白质；一计算装置，用以转化所述两种阿兹海默症生物标记的磁减量讯号为所述两种阿兹海默症生物标记的浓度；及一辨识装置，用以根据所述两个阿兹海默症生物标记的浓度乘积来检测阿兹海默症罹患风险。

Description

一种检测阿兹海默症罹患风险的系统

技术领域

本发明关于一种以免疫磁减量分析阿兹海默症生物标志Aβ-42蛋白质及tau蛋白质之浓度乘积以判断阿兹海默症之罹患风险。

背景技术

由于全球人口老化快速，神经退化性疾病已成为现今严重的问题。失智症为最普遍存在的神经退化性疾病。在全世界大多数区域中60岁以上的老人其盛行率为5%-7%，且估计在2010年全球有近35,600,000人患有失智症。世界卫生组织已呼吁各国政府、决策者及其他利害关系人，应视失智症所带来的影响为不断增加的威胁，并应运用必要的资源将健康及社会照护系统准备好，以应此即将来临的失智症威胁。

在所有患有失智症的老人中，阿兹海默症病患占了50%-70%。神经成像及神经认知测量为目前诊断阿兹海默症的两个临床医学基础。虽然神经认知测量较为便利，但其测量结果不只取决于神经退化的程度，也会被教育程度、文化、社会经济地位等因素所影响。因此，对于神经认知测量结果的解释必须要非常小心，也不应当作为阿兹海默症下最后诊断的唯一信息。至于神经成像，其结构性与功能性的数据可为诊断阿兹海默症提供较为客观的基础。举例来说，海马回萎缩可藉由核磁共振成像以质（视觉定级）或量（容量法）的方式发现。淀粉样蛋白或tau蛋白质正子射出断层扫瞄（PET）可显示出阿兹海默症病患脑中的淀粉样蛋白斑块及神经纤维纠结。然而，神经成像有其高成本及低可用性（尤其是在一般开业医师或地区医院）上的严重问题。这些缺点促使人们开发其他较实际的阿兹海默症诊断技术。分子诊断为体外诊断阿兹海默症的趋势。潜在的生物标志包括淀粉样蛋白、tau蛋白质及它们的衍生物。大部份这些生物标志存在于脑脊髓液中。腰椎穿刺为收集脑脊髓液样本的必要步骤。但是脑脊髓液样本取得的过程却是相对危险且不舒服的。所以不适合用来做为大规模调查所需的筛选方式或是用于长期观察疾病发展或疗效所需的多次样本收集。因此存在于非脑脊髓液的其他体液中的生物标志已开始被寻找中。在体液种类中，血液是最有希望的，也是最可靠、便利且熟悉的临床样本。然而血液中的生物标志浓度非常低，需以pg/ml来显示。侦测这些浓度极低的生物标志需要极高灵敏度的分析技术。

在2008年已开发出一极高灵敏度的免疫分析技术。此技术叫做超导量子干涉元件（superconductingquantuminterferencedevice，SQUID）免疫磁减量（immunomagneticreduction，IMR）分析。使用以超导量子干涉元件为基础的免疫磁减量分析，淀粉样蛋白及tau蛋白质的最低侦测浓度为1-10pg/ml，这使得以测量血浆中的生物标志来诊断阿兹海默症成为可能。因此，此研究在探索超导免疫磁减量在分析人类血浆中生物标志的特性。

发明内容

本发明提供一种检测阿兹海默症（Alzheimer’sdisease，AD）罹患风险的系统10（图1），包括：

一侦测装置11，用以侦测一个体之一生物检体中两种阿兹海默症生物标记与其个别对应具有抗阿兹海默症生物标记抗体的磁性纳米粒子结合，并分别产生一免疫磁减量讯号（immunomagneticreductionsignal），其中所述两种阿兹海默症生物标记分别是tau蛋白质及Aβ-42蛋白质；

一计算装置12，连接所述侦测装置11，用以接收所述侦测装置11所侦测之两种阿兹海默症生物标记的免疫磁减量讯号，并分别使用函数（I）进行拟合之运算，以得到所述生物检体中两种阿兹海默症生物标记个别的浓度：

$\mathrm{IMR}(\%)=\frac{A-B}{1+{\left(\frac{\mathrm{\φ}}{{\mathrm{\φ}}_o}\right)}^{\mathrm{\γ}}}---\left(I\right)$

其中所述IMR（immunomagneticreduction，免疫磁减量）为所述生物标记的免疫磁减量讯号，φ为阿兹海默症生物标记的浓度，拟合参数A为背景值，B为最大值，φo为免疫磁减量讯号等于（（A+B）/2）时的生物标记浓度，而γ为以φ作x轴与IMR（%）作y轴的关系曲线图中φo数据点之斜率；及

一辨识装置13，连接所述计算装置12，用以将所述计算装置12所得之两种阿兹海默症生物标记的浓度进行乘积，并用所述两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积来判断所述个体患有阿兹海默症之风险程度。

在一具体实施例中，所述阿兹海默症为阿兹海默型失智症。在一较佳之具体实施例中，所述阿兹海默型失智症包含阿兹海默症造成的认知障碍。在一更佳之具体实施例中，所述阿兹海默症造成的认知障碍为阿兹海默症造成之轻度认知障碍。

在一具体实施例中，所述辨识装置13之判断方式系以接受者操作特征 （receiveroperatingcharacteristic，ROC）曲线算出一预设两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积的阈值用以比对所述生物检体中两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积；当所述生物检体中两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积高于所述预设两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积的阈值时，表示所述个体增加罹患阿兹海默症之风险。在一较佳具体实施例中，所述预设两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积的阈值是由接受者操作特征曲线中在最高灵敏性下得的最高特异性所决定。在一更佳具体实施例中，所述阈值进一步透过所述接受者操作特征曲线下最大面积所决定。在另一具体实施例中，且所述接受者操作特征曲线是根据罹患阿兹海默症的病患群体及未罹患阿兹海默症的正常群体所检测出的两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积所计算。

在一具体实施例中，所述最高灵敏性的范围为0.7到1。在另一具体实施例中，所述最高特异性的范围为0.7到1。

在一具体实施例中，其中所述计算装置及辨识装置可积体化于一集成电路中。

在另一具体实施例中，其中所述生物检体为血液检体。在一较佳具体实施例中，所述血液检体为血浆。

在一具体实施例中，所述磁性纳米粒子的材料选自Fe₃O₄、Fe₂O₃、MnFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiFe₂O₄所组成的群组。在一较佳具体实施例中，所述磁性纳米粒子的材料为Fe₃O₄。

本发明另提供一种用于检测阿兹海默症的试剂，具有多个磁性纳米粒子，分布于溶液中，其中一磁性纳米粒子的构造包括（图2a）：

一磁性核；及

一水溶性物质，披覆于磁性核上；及

一抗体，结合于所述磁性核外的水溶性物质上，用以辨识一生物检体中的生物标记。

在一具体实施例中，所述抗体为抗阿兹海默症生物标记抗体。在一较佳具体实施例中，所述抗阿兹海默症生物标记抗体为抗tau蛋白质或抗Aβ-42蛋白质之抗体。

在一具体实施例中，其中所述磁性核的材料选自Fe₃O₄、Fe₂O₃、MnFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiFe₂O₄所组成的群组。在一较佳具体实施例中，所述磁性核的材料为 Fe₃O₄。

在另一具体实施例中，所述生物检体中的生物标记为tau蛋白质或Aβ-42蛋白质，可与所述磁性纳米粒子上所述抗体结合（图2b）。

本发明另提供一种检测阿兹海默症的方法，包括:

提供所述用于检测阿兹海默症的试剂；

提供一生物检体；

将所述生物检体与所述试剂混合后，量测一生物标记免疫磁减量讯号；及比对所述生物检体中所述生物标记之免疫磁减量讯号标准曲线。

在一具体实施例中，所述生物标记之免疫磁减量讯号标准曲线为Aβ-42蛋白质或tau蛋白质随浓度而变化，且含数据点的尖峰免疫磁减量讯号，在较佳具体实施例中，所述生物标记之磁减量讯号标准曲线为IMR（%）-φ曲线或特性曲线。

在另一具体实施例中，所述生物标记之免疫磁减量讯号的数据点可以使用函数（I）进行拟合：

$\mathrm{IMR}(\%)=\frac{A-B}{1+{\left(\frac{\mathrm{\φ}}{{\mathrm{\φ}}_o}\right)}^{\mathrm{\γ}}}---\left(I\right)$

其中所述其中A,B,φo和γ为拟合参数，A为背景值、B为最大值、φo为免疫磁减量讯号等于（（A+B）/2）时的生物标记浓度、和γ为以φ作x轴与IMR（%）作y轴的关系曲线图中φo数据点之斜率，并根据所述函数绘制所述生物标记之拟合曲线，所述数据可进一步进行接收者操作特征（Receiveroperating characteristic，ROC）曲线分析。

本发明亦提供一种检测阿兹海默症罹患风险的方法，包含：（a）体外检测一个体之一生物检体中两种阿兹海默症生物标记与一具有抗阿兹海默症生物标记抗体的磁性纳米粒子结合，并分别产生一免疫磁减量讯号（immunomagnetic reductionsignal），其中所述两种阿兹海默症生物标记分别是tau蛋白质及Aβ-42蛋白质；（b）将步骤（a）所检测之两种阿兹海默症生物标记之免疫磁减量讯号分别使用函数（I）进行拟合之运算，以得到所述生物检体中两种阿兹海默症生物标记个别的浓度：

$\mathrm{IMR}(\%)=\frac{A-B}{1+{\left(\frac{\mathrm{\φ}}{{\mathrm{\φ}}_o}\right)}^{\mathrm{\γ}}}---\left(I\right)$

其中所述其中IMR（%）为所述生物标记的免疫磁减量讯号，φ为所述阿兹海默症生物标记的浓度，拟合参数A为背景值，B为最大值，φo为免疫磁减量讯号等于（（A+B）/2）时的生物标记浓度，而γ为以φ作x轴与IMR（%）作y轴的关系曲线图中φo资料点之斜率；及（c）将步骤（b）所得之两种阿兹海默症生物标记之浓度进行乘积后，与一所述两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积的标准值进行比较，其中当所述生物检体中所述两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积高于所述两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积的标准值时，表示所述个体增加罹患阿兹海默症之风险。

本发明所提到之函数（I）是参照先前文献（C.C.Yangetal.,Effectof molecule-particlebindingonthereductioninthemixed-frequencyalternatingcurrent magneticsusceptibilityofmagneticbio-reagents,JournalofAppliedPhysics,Volume112,Issue2,2012）中揭示将免疫磁减量讯号转化为浓度之公式。该函数（I）是先将标准之生物标记浓度及其所对应的免疫磁减量讯号作为x轴及y轴之曲线图后，再检测一不包含待测生物标记之试剂的免疫磁减量讯号为背景值（A），同时检测包含饱和之待测生物标记之试剂的免疫磁减量讯号为最大值（B），并以A及B两点于该曲线图画出曲线，找出该曲线上免疫磁减量讯号等于（（A+B）/2）时的生物标记浓度（φo），同时计算该φo之斜率（γ），以求出该待测生物标记之浓度（φ）。

本发明所述”ROC”一词是表示“接受者操作特征（receiveroperating characteristic）”，并且是指分析免疫磁减量讯号的方法。ROC分析可以用于评估测试的诊断性能；ROC图是测试在不同临界值的灵敏性和特异性的图。ROC曲线可以用于区分两个样品组，例如具有特定特性的对照或正常样品和测试或实验样品。通常，两个样品中所见的分布会重叠，这使其成为确定它们之间是否存在真实差异的很好的工具。如果将ROC分析的区别阈值或特异性设高，则所述测试不太可能产生假阳性，即不太可能错误地鉴定两个样品间的差异。然而，在这些情况下，所述测试更可能遗漏样品间存在真实差异的情况，并因此更可能会鉴定不出某些病例。如果测试的灵敏性增加，则特异性会相应地下降。因此，如果 使测试更灵敏，则所述测试更可能鉴定出患病人群中的大部分或全部，但是也会在更多未患病人群中鉴定出疾病。

ROC曲线上的每个点代表灵敏性及其各自的特异性。可以基于ROC曲线选择临界值，从而鉴定出灵敏性和特异性均具有可接受的值的点，并且所述点可以用于进行用于诊断目的的测试。当使用者能够以本领域技术人员能容易理解的方式修改参数时，对于在本发明中所述的实施例，选择每个阈值来获取均合理的灵敏性和特异性。但具体情况下，灵敏性和特异性都保持在约60%-95%，但是更低的和更高的值也是可能的。

ROC曲线的另一有用的特征是曲线下面积（AreaundertheCurve，AUC）值，其可以定量所述测试区分不同的样品性质的总能力，在本情况下，可以定量所述测试区分患有阿兹海默症的个体和未患阿兹海默症的个体的总能力。鉴定出真阳性几乎等于随机可能性的测试会产生面积为0.5的ROC曲线。具有完美特异性和灵敏性的不产生假阳性和假阴性的测试的面积为1.00。现实情况下，任何测试的面积都会在这两个值之间。

在本发明所用的一个应用中，可以基于罹患阿兹海默症病患和对照个体的血液样品中两种阿兹海默症生物标记（tau蛋白质及Aβ-42蛋白质）之浓度乘积的检测结果来绘制ROC图，从而产生相应两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积测试在不同临界值下的灵敏性和特异性的图。本领域技术人员能够容易地理解和进行ROC分析的应用。

在一具体实施例中，所述ROC曲线是以（1-特异性）为X轴，而灵敏性为Y轴进行绘制。

本文中所使用的术语「灵敏性（sensitivity）」意指根据生物样本中的两种阿兹海默症生物标记（Tau蛋白质及Aβ-42蛋白质）之浓度乘积所正确辨识出罹患阿兹海默症的个体百分比。意即，灵敏性等于（真阳性结果）/[（真阳性结果）+（伪阴性结果）]。

本文中所使用的术语「特异性（specificity）」意指根据本发明所正确辨识出为健康者的健康控制组百分比。意即，特异性等于（真阴性结果）/[（真阴性结果）+（伪阳性结果）]。

于一具体实施例中，所述两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积的标准值是一透过接受者操作特征（receiveroperatingcharacteristic）曲线所决定之阈值。于一 较佳具体实施例中，所述阈值是由所述接受者操作特征曲线中在最高灵敏性下得的最高特异性所决定而得。

于一具体实施例中，所述最高灵敏性的范围为0.7到1。于另一具体实施例中，所述最高特异性的范围为0.7到1。

于一具体实施例中，所述阈值进一步透过所述接受者操作特征曲线下最大面积所决定。于一较佳具体实施例中，所述最大面积的范围为0.7到1。

本文中所使用的术语「个体（subject）」代表一哺乳类动物，更佳为一人类。哺乳类动物包括，但不限于，人类、灵长类动物、家畜、啮齿动物及宠物。

本文中所使用的术语「病患（patient）」代表一正在进行或需要健康或医疗照护及/或治疗之人。其中，所述人可能正在等待此照护或可能正在接受此照护、或可能已经接受此照护。

本文中所提到之「健康」、「正常（normal）群体」或来自一「正常」个体之样本，代表参酌定性或定量之结果该个体已经或将由医师推估为未罹患阿兹海默症。一「正常」个体通常是与欲评估之个体年龄相符，其年龄误差在5至10年范围内，包括但不限于年龄完全相符者。

在一具体实施例中，所述阿兹海默症是阿兹海默型失智症。在一较佳之具体实施例中，所述阿兹海默型失智症包含阿兹海默症造成的认知障碍。在一更佳之具体实施例中，所述阿兹海默症造成的认知障碍是阿兹海默症造成之轻度认知障碍。

在一具体实施例中，所述磁性纳米粒子的材料选自Fe₃O₄、Fe₂O₃、MnFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiFe₂O₄所组成的群组。在一较佳具体实施例中，所述磁性纳米粒子的材料为Fe₃O₄。

本发明亦提供一种生物标记之浓度参数用于评估阿兹海默症罹患风险的用途，其中该生物标记之浓度参数是由阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质之浓度相互乘积而得。

在一具体实施例中，所述阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质之浓度分別是由阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质之的免疫磁减量讯号转化而得。在一较佳具体实施例中，其中所述阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质之浓度是由阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质之的免疫磁减量讯号转化之方式是透过函数（I）进行拟合之运算，

$\mathrm{IMR}(\%)=\frac{A-B}{1+{\left(\frac{\mathrm{\φ}}{{\mathrm{\φ}}_o}\right)}^{\mathrm{\γ}}}---\left(I\right)$

其中所述其中IMR（%）为所述生物标记的免疫磁减量讯号，φ为所述阿兹海默症生物标记的浓度，拟合参数A为背景值，B为最大值，φo为免疫磁减量讯号等于（（A+B）/2）时的生物标记浓度，而γ为以φ作x轴与IMR（%）作y轴的关系曲线图中φo资料点之斜率。在一更佳具体实施例中，所述阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质之的免疫磁减量讯号是由所述两种阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质与其个别对应具有抗阿兹海默症生物标记抗体的磁性纳米粒子结合所产生。

此外，所述生物标记之浓度参数用于评估阿兹海默症罹患风险之判断依据为：若该生物标记之浓度参数高于一预设两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积的阈值时，表示阿兹海默症之罹患风险增加。在一较佳具体实施例中，所述预设两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积的阈值是由接受者操作特征曲线中在最高灵敏性下得的最高特异性所决定。在一更佳具体实施例中，所述阈值进一步透过所述接受者操作特征曲线下最大面积所决定。在另一具体实施例中，且所述接受者操作特征曲线是根据罹患阿兹海默症的病患群体及未罹患阿兹海默症的正常群体所检测出的两种阿兹海默症生物标记之浓度乘积所计算。

本文中所使用的术语「血液检体」代表衍生自血液之生物样本，较佳为周边（或循环）血液。血液检体可为全血、血浆或血清。在另一具体实施例中，所述生物检体为血液检体。再一较佳具体实施例中，所述血液检体为血浆。

本发明所提供之检测阿兹海默症罹患风险的方法，与其他习用技术相互比较时，更具有下列之优点：

（1）本发明藉由免疫磁减量分析方法，可用较易取得之血液样本为检测之生物样本，而非是取得的过程相对危险且不舒服之脑脊髓液样本，且免疫磁减量分析方法可检测生物样本中对于阿兹海默症之生物标记（如tau蛋白质及Aβ-42蛋白质）之浓度可精确至pg/ml，比起目前之免疫分析技术，可侦测至更低及更准确之浓度。

（2）目前一般所使用的单一阿兹海默之生物标记Aβ-42蛋白质，对阿兹海 默症之鉴别其特异性或灵敏性并不佳，而tau蛋白质则主要会因脑部受损，其浓度便会升高，也不太具有对于鉴别阿兹海默症之专一性，而本发明透过该两种生物标记之浓度乘积作为一种新的判断阿兹海默症参数，特别是区别阿兹海默症造成之轻度认知障碍与阿兹海默型失智症的诊断方面，具有很好的特异性及灵敏性，有助于辨识处于轻度认知障碍期之临床前阿兹海默症。

附图说明

图1为本发明之检测系统示意图。

图2.（a）为本发明之检测试剂示意图;（b）为检测试剂接合生物标记之示意图。

图3.为Aβ-40（·）,Aβ-42（×）及Tau蛋白质（■）随浓度而变并注有经三次测量而产生的误差线之免疫磁减量讯号

图4.为在不同临床组别中，使用经Aβ-40试剂辅助的免疫磁减量分析所侦测到的血浆中Aβ-40浓度。

图5.（a）为在不同临床组别中，使用经Aβ-42试剂辅助的磁减量免疫分析所侦测到的血浆中Aβ-42浓度；（b）为区分健康对照组及病患组（含由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组（AD导致之MCI）、轻微之阿兹海默症（轻微AD）及中度至重度阿兹海默型失智症（中度至重度AD））之接收者操作特征（ROC）曲线；及（c）为区分由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组及阿兹海默型失智症组的接收者操作特征（ROC）曲线。

图6.（a）为在不同临床组别中，使用经tau蛋白质试剂辅助的免疫磁减量分析所侦测到的血浆中Tau蛋白质浓度；（b）为区分健康对照组及病患组（含由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组（AD导致之MCI）、轻微之阿兹海默症（轻微AD）及中度至重度阿兹海默型失智症（中度至重度AD））之接收者操作特征（ROC）曲线；及（c）为区分由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组及阿兹海默型失智症组的接收者操作特征（ROC）曲线。

图7.（a）为在不同临床组别中，使用免疫磁减量分析所侦测到的血浆中Aβ-42及tau蛋白质浓度乘积；（b）为区分健康对照组及病患组（含由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组（AD导致之MCI）、轻微之阿兹海默症（轻微AD）及中度至重度阿兹海默型失智症（中度至重度AD））之接收者操作特征（ROC）曲线；及（c）为区分由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组及阿兹海默型失智症组的接 收者操作特征（ROC）曲线。

其中，10为检测阿兹海默症罹患风险的系统，11为侦测装置，12为计算装置，13为辨识装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设备和常规使用的方法。

本发明的精神在于利用两种阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质之浓度乘积以鉴别阿兹海默症之罹患风险。依于此精神，本发明包括但不限于上述与下开之说明。实施方式则如下范例所示。

以临床痴呆评定量表（ClinicalDementiaRatingScale，CDR）所评估的61位患有从轻微（CDR0.5）、中度（CDR1）至重度（CDR3）不同程度阿兹海默型失智症的病患及66位健康对照组的血浆被收集来进行对淀粉样蛋白及tau蛋白质的超导免疫磁减量分析。所有患有失智症的病患都符合美国国家老化研究所及阿兹海默症协会于2011年针对可能为阿兹海默症所发表的诊断指南。对照组受试者是从一轻度认知障碍的群组实验中的健康志愿者所选出。

在阿兹海默症的前驱症状期，病患通常具有轻度认知障碍（mildcognition impairment，MCI）。每年由轻度认知障碍转为阿兹海默症的比率为10%左右，且三年内有30%至50%的轻度认知障碍病患会转变为失智症。在大脑淀粉样蛋白阳性的轻度认知障碍病患子群中，其三年的累积转变率可上升至82%。为了实施针对阿兹海默型失智症所做的可能预防措施，必须尽早藉由生物标志分析以诊断因阿兹海默症而造成的轻度认知障碍。因此，超导免疫磁减量分析被用以测量24位因阿兹海默症而造成的轻度认知障碍的病患血浆中的淀粉样蛋白及tau蛋白质。因阿兹海默症而造成的轻度认知障碍的诊断，亦遵照美国国家老化研究所及阿兹海默症协会发表的诊断指南中的建议。为了诊断因阿兹海默症而造成的轻度认知障碍，本发明使用正式认知测试，并以年龄及教育程度相符之对照组的量表分数的4%以下（低于1.5标准差）作为阈值。在此次研究中，本发明锁定以血浆中淀粉样蛋白及tau蛋白质分析结果来找出足以辨别健康对照组、因阿兹海默症而造成的轻度认知障碍以及阿兹海默型失智症的参数。

所有受试者或其主要照顾者皆在参与本次研究调查之前即已签署知情同意书。

实验细节

三种试剂（MF-AB0-0060,MF-AB2-0060,MF-TAU-0060,MagQu）分别被用来分析Aβ-40，Aβ-42及tau蛋白质生物标志。每一种试剂都含有分散在酸硷值7.2之磷酸缓冲液（phosphorylbuffersolution，PBS）中的磁性纳米粒子。将对Aβ-40（sc-53822,SantaCruzBiotech），Aβ-42（437900,Invitrogen）及tau蛋白质（Tau-441,Sigma）具有专一性的抗体分别固定在磁性纳米粒子上后，三种试剂即制备完成。经抗体功能化后的磁性纳米粒子，其平均半径为50到60纳米。每一种试剂的磁浓度为每毫升12毫克-铁。

用来测量免疫磁减量讯号的试剂及受试样本容量被列于表I中。每一混合物被放置于主要由超导量子干涉元件所组成的交流电磁导率计（XacPro-S,MagQu），以侦测其随时间变化的交流电磁化率。经抗体功能化后的磁性纳米粒子与标靶生物标志的结合会降低混合物的交流电磁化率。磁化率的下降就是免疫磁减量讯号。

表I.用以测量免疫磁减量讯号的试剂及血浆容量

生物标志	试剂容量	血浆容量
			Aβ-40	80ml	40ml
Aβ-42	60ml	60ml
			tau蛋白质	80ml	40ml

本发明中，含有不同浓度的Aβ-40/Aβ-42/tau蛋白质的溶液已制备完成。这些溶液被用来当作建立免疫磁减量讯号和Aβ-40、Aβ-42及tau蛋白质间的关系的受试样本。而这些关系值被当作为特性曲线。接着，对应Aβ-40、Aβ-42及tau蛋白质的人类血浆免疫磁减量讯号可被侦测，并利用此特性曲线转换成Aβ-40、Aβ-42及tau蛋白质的浓度。66位健康对照者（健康对照组，HC）、24位患有轻度认知障碍（MCI）的病患（阿兹海默症造成之轻度认知障碍组）、31位患有由阿兹海默症造成之轻微失智症的病患及30位患有由阿兹海默症造成之中度至重度失智症的病患（阿兹海默型失智症组，ADD）在人口统计学上的特征被列于表II中。

表II.受试者于人口统计学上的特征

组别	HC	MCI	ADD
				数量	66	24	61
女性/男性	32/34	12/12	28/33
				年龄（岁）	23-81	55-95	53-89

HC：健康对照组；MCI：由阿兹海默症造成之轻度认知障碍；ADD：包含轻微至重度（CDR为0.5至3）失智症之阿兹海默型失智症。

结果与讨论

图3所示为Aβ-40，Aβ-42及tau蛋白质在磷酸缓冲液（PBS）中随浓度而变且含数据点的尖峰免疫磁减量讯号，即IMR（%）-φ曲线或特性曲线。对于一假定的生物标志，其数据点可以使用函数（I）进行拟合：

$\mathrm{IMR}(\%)=\frac{A-B}{1+{\left(\frac{\mathrm{\φ}}{{\mathrm{\φ}}_o}\right)}^{\mathrm{\γ}}}---\left(I\right)$

其中A,B,φo和γ为拟合参数，拟合参数A为背景值、B为最大值、φo为免疫磁减量讯号等于（（A+B）/2）时的生物标记浓度、和γ为以φ作x轴与IMR（%）作y轴的关系曲线图中φo数据点之斜率。藉由拟合数据点入方程式（1），这些在表III所列出对应Aβ-40，Aβ-42及tau蛋白质的拟合参数可被找出。拟合曲线在图3中是以实线型式绘制。很明显的，Aβ-40，Aβ-42及tau蛋白质分析的最低侦测限制可降至pg/ml。

表III.函数（I）中对应Aβ-40、Aβ-42及tau蛋白质的拟合参数

人类血浆中的Aβ-40浓度φAβ-40是用超导免疫磁减量分析来测量。其结果呈现于图4之中。Aβ-40浓度φAβ-40在健康对照组、由阿兹海默症造成之轻度认知障碍、由阿兹海默症造成之轻微失智症及由阿兹海默症造成之中度至重度失 智症之间并无显著的差异。此结果暗示着血浆中的Aβ-40不是可以用来诊断轻度认知障碍或阿兹海默症的生物标志。阿兹海默型失智症病患脑脊髓液中的Aβ-40浓度也非可用的生物标志。

至于Aβ-42，其于血浆中被侦测到的浓度呈现于图5（a）之中。健康对照组的Aβ-42浓度和由阿兹海默症造成之轻度认知障碍病人及阿兹海默型失智症组比起来相对较低。此观察与已被报告过在一般使用酵素免疫分析法（ELISA）测量的脑脊髓液样本中的Aβ-42浓度下降的结果是相反的。造成数倍对比的原因可能有，譬如阿兹海默症病患脑血管障壁对淀粉样蛋白及脑以外的血浆淀粉样蛋白来源之通透能力改变。至于与以前报告过血浆中Aβ-42浓度降低或不变的研究结果不同的原因，可能来自于试剂中磁性四氧化三铁奈米粒子的铁钳合效应使得血浆中的Aβ-42胜肽无法进行多聚体化。因此，使用免疫磁减量分析所测量到的Aβ-42浓度在本发明中的轻度认知障碍组及阿兹海默型失智症组是较高的。

为了更进一步表示其在诊断上的特性，由阿兹海默症造成之轻度认知障碍、轻微的阿兹海默症及中度至重度阿兹海默症被综合为一组，并定为病患组。接收者操作特征（ROC）曲线分析标示于图5（b），健康对照组与病患组之间的Aβ-42浓度阈值为16.33pg/ml，在图5（a）中是以虚线标示。图5（b）中以Aβ-42浓度区别健康对照组和由阿兹海默症造成之轻度认知障碍及失智症所组成之病患组的灵敏性及特异性分别为0.91及0.88。用以区别由阿兹海默症造成之轻度认知障碍病患及由阿兹海默症造成之失智症病患的灵敏性及特异性也被更进一步的检视。图5（c）中的接收者操作特征（ROC）曲线显示灵敏性及特异性分别为0.69及0.68，且图5（a）中以点状线标示的阈值为17.65pg/ml。所有阈值、灵敏性及特异性结果均列于表IV之中。

表IV.用以区别健康对照、由阿兹海默症造成之轻度认知障碍及阿兹海默型失智症的不同参数之阈值、敏感性及其特异性

HC：健康对照组；MCI：由阿兹海默症造成之轻度认知障碍；ADD：包含轻微至重度（CDR为0.5至3）失智症之阿兹海默型失智症；综合ADD和MCI即为病患。

图6（a）所示为不同临床组别中的血浆tau蛋白质浓度φtau。在健康对照组与病患组之间可以找到一23.89pg/ml的明确阈值。图6（b）中的特异性及灵敏性分别为0.97及0.91。一23.89pg/ml的tau蛋白质浓度阈值在图6（a）中是以虚线标示。血浆中的tau蛋白质浓度在轻度认知障碍组及阿兹海默型失智症组中是上升的，这样的结果与之前脑脊髓液中tau蛋白质浓度上升的多次研究报告相同。在病患组中，由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组及失智症组之间的接收者操作特征（receiveroperatingcharacteristic，ROC）曲线被进一步的分析。所述曲线标示于图6（c）中。灵敏性为0.74，特异性为0.79，且阈值为37.93pg/ml。在由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组及失智症组之间37.93pg/ml之阈值于图6（a）中是以点状线来标示。

图5（a）及6（a）中的结果显示血浆中的Aβ-42及tau蛋白质在辨识轻度认知障碍病患或阿兹海默症病患上显现高灵敏性及高特异性，但目前文献或研究显示该Aβ-42蛋白质的确对于阿兹海默症性之诊断的专一性高，然而tau蛋白质对阿兹海默症性之诊断的较不具专一性，因tau蛋白质只要患者脑部受损，该tau蛋白质之浓度便会升高，故该tau蛋白质之浓度并不适用于诊断阿兹海默症之严重程度。

因此在区别由阿兹海默症造成之轻度认知障碍及阿兹海默型失智症上还需更好的参数。由于病患组中的Aβ-42及tau蛋白质浓度较健康对照组高，因此可以合理的提出以Aβ-42及tau蛋白质浓度乘积作为改善区别阿兹海默型失智症及由阿兹海默症造成之轻度认知障碍的潜在诊断参数。标示于图7（a）中的是由阿兹海默症造成之轻度认知障碍组、阿兹海默型失智症组（包括轻微之阿兹海默症及中度至重度阿兹海默症）及健康对照组的Aβ-42和tau蛋白质浓度乘积。经由接收者操作特征（ROC）分析可以得到一阈值642.58（pg/ml）2，用以区分由阿兹海默症造成之轻度认知障碍及阿兹海默型失智症，其灵敏性为0.77 且特异性为0.83。Aβ-42和tau蛋白质浓度乘积比Aβ-42或tau蛋白质之单一浓度更能够做出由阿兹海默症造成之轻度认知障碍及阿兹海默型失智症的鉴别诊断。浓度乘积有较高之精确性并可用以改进病患组的诊断。接收者操作特征（ROC）曲线分析产生0.96之灵敏性及0.97之特异性，且标示于图7（c）中的阈值为455.49（pg/ml）²。图7（a）至（c）显示一个事实，血浆中Aβ-42和tau蛋白质浓度乘积较Aβ-42或tau蛋白质之单一生物标志为一更强而有力的诊断参数。

代替如Aβ-42或tau蛋白质等的单一生物标志，血浆中Aβ-42和tau蛋白质浓度乘积改善了诊断阿兹海默症的灵敏性及特异性，此浓度乘积可区分由阿兹海默症造成之轻度认知障碍及阿兹海默型失智症，其灵敏性为0.77且特异性为0.83。除了精确性以外，本发明揭示的方式更具有使用非脑脊髓液之血浆为分析样本的优势。使用超导免疫磁减量分析明显改进了分析上的安全性及可使用性。因此，血浆生物标志的超导免疫磁减量分析为一有效的诊断辅助，不仅能侦测阿兹海默型失智症，并可辨识处于轻度认知障碍期之临床前阿兹海默症。

Claims (15)

1.一种检测阿兹海默症罹患风险的系统，包含：

一侦测装置，用以侦测一个体的一生物样本中两种阿兹海默症生物标记与其各自对应具有抗阿兹海默症生物标记抗体的磁性纳米粒子结合，并分别产生一免疫磁减量讯号，其中所述两种阿兹海默症生物标记分别是tau蛋白质及Aβ-42蛋白质；

一计算装置，连接所述侦测装置，用以接收所述侦测装置所侦测的两种阿兹海默症生物标记的免疫磁减量讯号，并分别使用函数(I)进行拟合运算，以得到所述生物样本中两种阿兹海默症生物标记各自的浓度：

其中所述IMR(％)为所述生物标记的免疫磁减量讯号，φ为阿兹海默症生物标记的浓度，拟合参数A为背景值，B为最大值，φo为免疫磁减量讯号等于((A+B)/2)时的生物标记浓度，而γ为以φ作x轴与IMR(％)作y轴的关系曲线图中φo数据点的斜率；及

一辨识装置，连接所述计算装置，用以将所述计算装置所得的两种阿兹海默症生物标记的浓度进行相乘，并用所述两种阿兹海默症生物标记的浓度乘积来判断所述个体患有阿兹海默症的风险程度。

2.根据权利要求1所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述辨识装置的判断方式是以接受者操作特征曲线算出一预设两种阿兹海默症生物标记的浓度乘积的阈值比对所述生物样本中两种阿兹海默症生物标记的浓度乘积；当所述生物样本中两种阿兹海默症生物标记的浓度乘积高于所述预设两种阿兹海默症生物标记的浓度乘积的阈值时，表示所述个体增加罹患阿兹海默症的风险。

3.根据权利要求2所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述阈值是由所述接受者操作特征曲线中在最高灵敏性下得到的最高特异性所决定。

4.根据权利要求2所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述阈值进一步通过所述接受者操作特征曲线下最大面积所决定。

5.根据权利要求2所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述接受者操作特征曲线是根据罹患阿兹海默症的患者群体及未罹患阿兹海默症的正常群体的所述两种阿兹海默症生物标记的浓度乘积来制作。

6.根据权利要求1所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述阿兹海默症为阿兹海默型失智症。

7.根据权利要求6所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述阿兹海默型失智症包含阿兹海默症造成的认知障碍。

8.根据权利要求1所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述磁性纳米粒子的材料选自Fe₃O₄、Fe₂O₃、MnFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiFe₂O₄所组成的群组。

9.根据权利要求8所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述磁性纳米粒子的材料为Fe₃O₄。

10.根据权利要求1所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述生物样本为血液样本。

11.根据权利要求10所述的检测阿兹海默症罹患风险的系统，其特征在于，其中所述血液样本为血浆。

12.一种生物标记的浓度参数在构建评估阿兹海默症罹患风险的系统中的用途，其特征在于，所述生物标记的浓度参数是由阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质的浓度相乘而得。

13.根据权利要求12所述的用途，其特征在于，其中所述阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质的浓度分別是由阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质的免疫磁减量讯号转化而得。

14.根据权利要求12所述的用途，其特征在于，其中所述阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质的浓度是由阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质的免疫磁减量讯号通过函数(I)进行拟合运算转化而得，

其中所述IMR(％)为所述生物标记的免疫磁减量讯号，φ为所述阿兹海默症生物标记的浓度，拟合参数A为背景值，B为最大值，φo为免疫磁减量 讯号等于((A+B)/2)时的生物标记浓度，而γ为以φ作x轴与IMR(％)作y轴的关系曲线图中φo数据点的斜率。

15.根据权利要求13所述的用途，其特征在于，其中所述阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质的免疫磁减量讯号是由所述阿兹海默症生物标记tau蛋白质及Aβ-42蛋白质与其各自对应具有抗阿兹海默症生物标记抗体的磁性纳米粒子结合所产生。