神经丝轻链蛋白

作者：小编

发布时间：2023-08-14

1 神经丝轻链蛋白（NfL）概述

神经丝蛋白（Neurofilaments，NF）是构成神经元轴突中间纤维的特异性分子蛋白，同时也是神经元细胞骨架的重要成分。NF直径约为10nm，主要定位在成熟神经元的胞体和突起中，负责轴浆运输，维持神经元正常形态及保持神经纤维的弹性，防止其断裂，可促进轴突径向生长，增加轴突的直径和结构稳定性，提高轴突的脉冲传导速度。

当出现炎症、神经退行性变、创伤性或脑血管病等疾病引起的神经系统轴突损伤的病理过程时，神经丝蛋白被释放到细胞外空间，扩散至脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）中并被转运到外周血。脑脊液和血液的神经丝蛋白浓度与神经疾病变程度密切相关。

神经丝蛋白包括神经丝三联蛋白（Neurflament triplet proteins）、a-内切蛋白（a-internexin）、Ⅲ型外周蛋白（TypeⅢ peripherin）。而神经丝三联蛋白由神经丝轻链（Neurolament light, NfL）、神经丝中链（Neurofilament middle，NM）、神经丝重链（Neurofilamentheavy，NfH）构成。

NfL被认为是神经丝三联蛋白中最重要的一部分，因为NfL是唯一可自我组装成功能性纤维的神经丝蛋白。其异常表达及相关的基因突变均会引起多种疾病的发生。另外，NfL是神经丝蛋白最丰富的亚基，也是可溶性的亚基。因此，NfL可成为体液样本中最可靠、最易检测生物标志物。

脑脊液NfL（cNfL）和/或血清NfL（sNfL）水平在诊断神经变性病、中枢神经系统脱髓鞘病变、创伤性脑损伤、感染性疾病如Creutzfeldt-Jakob病、遗传性疾病如亨廷顿病以及其他神经/精神疾病等，评估疾病活动，监测治疗反应，判断预后方面已显示出巨大优势，而且，cNfL和sNfL作为CNS疾病非常有潜力的生物标志物的证据还在逐渐增加中。

2 NfL检测方法、参考范围和生理影响因素

许多研究使用酶联免疫吸附试验法（ELISA）和/或商业试剂盒来检测NfL。ELISA测定试剂盒使用两种高度特异性的非竞争性单克隆抗体（mAB47∶3和mAB2∶1）来量化可溶性NfL，其被认为在cNfL的检测中是可靠的，但ELISA检测的灵敏度一般只能达到pg/ml水平，对于血液中超低丰度蛋白的检测常显示出一定的不足，而基于电化学发光（ECL）测定法具有高灵敏度、宽动态范围和小样本量的特点。但这两种技术均无法检测到与疾病相关的NfL微小变化。

单分子阵列（Simoa）技术，是近年来新开发的一种超高灵敏度，以顺磁珠的双抗夹心ELISA法为基础的单分子蛋白质检测技术，其灵敏度为ELISA技术的1 000倍以上，检测下限达到fg/ml。该方法可测量各种不同基质（血清、血浆、脑脊液、尿液、细胞提取物等）中的蛋白质。目前已有多项研究证实了Simoa技术能可靠地检测血液样本中的NfL（全浓度范围内），包括健康个体中的NfL，进而改变了脑损伤和神经退行性疾病的诊断方式。

正常情况下，低水平的NfL以年龄依赖性的方式不断从轴突释放。正常对照人群中cNfL水平每年增加3.30%，男性cNfL较高。VAGBERG等研究显示，30岁以下的正常健康成年人cNfL水平约为187 ng/L；30~<40岁为274 ng/L；40~<60岁为466 ng/L；而在老年时释放更高水平的cNfL，60岁及以上者为693 ng/L。一项对335例年龄为38.5~85.6岁的健康个体进行的研究结果显示，中位sNfL水平为32.30（23.15，43.95）pg/ml，与其他研究中的结果不太一致，这可能与尚无全球标准化的认证参考材料和/或方法有关，也强调了在实验室指标被可靠地用于临床实践之前，标准化测试和临界值确定的必要性。

3 NfL与周围神经病

3.1 NfL与吉兰巴雷综合征（GBS）

GBS是一种免疫介导的、以弛缓性麻痹为主要特征的急性周围神经病变，其导致的严重失能和死亡风险高。在GBS疾病早期，亟需能够识别出不良预后的血清或脑脊液生物标志物。既往研究发现GBS患者的sNfL和cNfL水平明显升高。ALTMANN等研究了27例GBS患者的临床结局与sNfL之间的相关性，GBS患者入院时sNfL中位数水平为85.5 pg/ml，对照组为9.1 pg/ml，基线sNfL水平增加与住院时间长、进入重症监护室（ICU）以及出院短期预后差等临床结果相关。KÖRTVELYESSY等在近期研究中也有类似发现，GBS患者sNfL和cNfL水平高于对照组，入住ICU的患者中sNfL明显增高，sNfL与GBS患者残疾功能评分显著相关。

3.2 NfL与慢性炎性脱髓鞘性神经根神经病（CIDP）

CIDP是一种罕见的获得性免疫介导的脱髓鞘性神经病，在临床表现、预后和治疗反应方面具有很强的异质性。迄今为止，还没有适用于CIDP人群的可靠的、能够帮助诊断和观察疾病活动进展以及判定预后的血液生物标志物。此外，在接受维持治疗的患者中也亟需客观的疾病活动参数来指导治疗。

近期证据表明，在高疾病活动性的CIDP患者中可观察到sNfL水平显著升高；但sNfL水平和疾病持续时间不相关，新诊断的患者与复发患者之间的sNfL水平无显著差异；此外，sNfL与年龄和性别相关。VAN LIEVERLOO等对CIDP患者治疗前的神经传导检测（NCS）结果进行评估，发现较高的sNfL水平与较低的正中神经复合肌肉动作电位（CMAP）负峰面积和较低的总CMAP负峰面积相关，提示sNfL水平与轴索损伤之间存在相关性。FUKAMI等通过NCS和病理研究进一步证实了该推测，sNfL水平与胫神经CMAP变化幅度呈负相关，并与病理中的活动性轴索变性程度呈正相关。因此，sNfL可与NCS联合评估CIDP中的神经轴索损伤；sNfL比NCS更具有优势，因为sNfL无侵入性，而且可动态反应持续的轴索损伤。

3.3 NfL与其他免疫介导性/炎性周围神经病变

MARIOTTO等的队列研究中纳入12例CIDP、5例GBS、3例多灶性运动神经病（MMN）、3例抗髓鞘结合糖蛋白（MAG）抗体阳性周围神经病、1例非系统性血管炎性神经病患者，结果显示，总体NfL水平显著升高，且cNfL水平高于sNfL；此外，sNfL与疾病活动相关，并可预测随后的残疾进展。遗憾的是研究者未进行疾病分组研究。STASCHEIT等的研究中未直接比较6例MMN患者与对照组sNfL水平的关系，但MMN患者与CIDP经典型和变异型之间的比较无差异；该研究中63例CIDP患者sNfL水平明显升高，间接提示sNfL水平在MMN疾病活动中可能的评估作用。此外，2022年最新的前瞻性观察研究中纳入24例未接受过抗MAG周围神经病治疗的患者，未发现sNfL与疾病活动相关。因此，sNfL与其他免疫介导性周围神经病的疾病活动关系还有待进一步研究确定。

血管炎性神经病（VN）的诊断金标准为外周神经活检，但因为有创性等原因限制了其临床应用的可行性。BISCHOF等通过回顾性分析11例VN患者的临床资料，发现sNfL水平可作为血管炎损伤和/或疾病活动的标志物，在VN诊断时sNfL水平明显高于缓解期间。因此，sNfL作为能够进行快速筛查并提示急性轴突损伤的生物标志物在VN的应用中非常有前景。

3.4 NfL与遗传性周围神经病

SANDELIUS等和MILLERE等分别对两个腓骨肌萎缩症（CMT）队列（包括CMT1A、CMTX1和SPTLC1等类型）进行研究发现，sNfL水平均显著升高，并与疾病严重程度相关；CMTX1型患者的sNfL水平高于CMT1A和其他CMT疾病类型。而且，sNfL水平在以轴突或脱髓鞘类型为主的CMT患者中类似。上述两位作者指出，鉴于神经膜细胞与轴突相互作用在神经元功能维持中的重要性，以及先前观察到CMT1A（脱髓鞘为主）的残疾程度是由轴突损伤的程度而不是传导速度减慢的程度决定，这个结果是合理的。

综合现有的证据显示，sNfL可作为遗传性周围神经病活动的生物标志物，以及可能的治疗疗效评估指标。

3.5 NfL与化疗药物相关周围神经病（CIPN）

近期关于CIPN与NfL的研究陆续有报道。通过长春新碱化学疗法诱导的CIPN动物模型中，sNfL水平在长春新碱给药过程中持续显著升高，当出现轴索征象和表皮内神经丧失时，sNfL水平升高近4倍。而在用顺铂和紫杉醇化学疗法诱导的CIPN动物模型中sNfL水平升高，升高的时间也与轴突结构的形态和功能改变的严重程度有关。奥沙利铂诱导的CIPN患者在奥沙利铂给药期间sNfL水平增加。HUEHNCHEN等分别通过细胞试验（将诱导的多能干细胞衍生的感觉神经元暴露于紫杉醇）以及接受紫杉醇化疗的乳腺癌或卵巢癌患者中观察NfL变化，发现sNfL与CIPN的发展和严重程度相关，化疗期间监测sNfL可以提示正在发生的神经轴索损伤和CIPN的严重程度。

3.6 NfL与糖尿病周围神经病（DPN）

DPN与NfL的研究较少。CELIKBILEK等最早提出sNfL-mRNA可作为早期预测糖尿病前期周围神经病变的替代标志物。近期MORGENSTERN等发现，DPN患者sNfL水平升高，而且sNfL的升高可能与痛觉过敏表型的发展相关。

4 阿尔茨海默病

阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease AD）是大脑神经退行性疾病之一，是引起老年痴呆最常见的病因。全球因阿尔茨海默病引起的痴呆患病人数占所有老年痴呆病的60-80％。阿尔茨海默病的确切发病机制尚不明确，但目前有多种假说，其中影响较广的有两类，一是β类淀粉样蛋白级联假说；二是Tau蛋白的过度磷酸化假说。

美国University of California San Diego的Katherine J. Bangen等人研究了患有认知衰退（阿尔茨海默病前期表征特点之一）的个体中血浆的NfL水平的变化，并对血浆中NfL是否能预测认知衰退进行了总结。

此外，根据2021年3月发表在《中华老年医学杂志》上的“中国阿尔茨海默病痴呆诊疗指南（2020年版）”指出：虽然血浆NfL对阿尔茨海默病不具有足够的特异性，但作为与AD神经变性相关的非侵入性生物标志物，可用于监测疾病修饰药物试验的效果监测。

5 多发性硬化

多发性硬化症（Multiple Sclerosis，MS）是免疫介导的中枢神经系统炎性脱髓鞘疾病，主要表现为反复发作的视力下降、复视、肢体感觉障碍、肢体运动障碍、共济失调、膀胱或直肠功能障碍等。全球约200万患者，是除创伤外年轻成人永久残疾的最常见病因之一，造成较大的社会经济负担。

磁共振（MRI）是目前唯一可识别MS新病灶的技术手段，对于白质病变的成像效果较好，但对于灰质病变显示则欠佳，导致灰质病变检测被低估，影响预后判断。MS病变的边缘可以发现富含铁的活化小胶质细胞/巨噬细胞和脱髓鞘，脱髓鞘吞噬使得轴突缺失，驱动局部神经变形，神经轴索损伤释放NfL。

神经轴索损伤是决定MS病人长期功能残疾最重要的决定性因素，MRI不能准确检测出神经轴索损伤程度。有研究证实，可通过测量 NfL浓度来间接反映轴索损伤程度，从而评估功能预后。

6 帕金森病

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种常见的神经系统变性疾病，以黑质中多巴胺能神经元进行性丢失为主要病理改变，临床上多种神经系统疾病与PD症状存在相似之处。对于PD的诊断而言，关键难度在于PD及非典型帕金森疾病（APD）的对比及鉴别，即使是富有经验的运动障碍专家，若仅根据临床表现，误诊率可高达15%。

一项发表于Neurology杂志的研究对血清NfL的诊断价值进行了探讨，并对一组有明确帕金森综合征表现（即运动迟缓伴有静止性震颤或肌强直），但在采集血清和脑脊液时，其具体诊断尚不确定的病人进行长期随访（最长随访时间为12年）。最终，完成对55例PD和29例APD（22例MSA和7例PSP）及53例正常对照者的血清NfL的测定。

采用单分子免疫检测技术测定血清NfL水平，且相关操作人员不知晓受试者的临床诊断。与PD组相比，APD组血清NfL水平明显升高，以此来鉴别PD和APD有较高的准确率。

7 肌萎缩侧索硬化

肌萎缩侧索硬化（俗称渐冻症）（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是一种运动神经元退行性病变，它具有发病延缓，预后性差等特点，以全身多处肌肉逐渐无力和萎缩为主要临床表现。目前疾病的发病机制仍不明确，根据是否具有家族史及相关遗传学特征可分为家族性ALS和散发性ALS，但诊断主要依据临床症状和体征并结合神经电生理检查，还需排除与ALS类似的疾病。

ALS早期诊断非常困难，目前尚无特效治疗，预后较差，患者平均寿命3～5年。研究和发现ALS特异性的生物标志物对于缩短诊断延迟时间、探讨和阐明发病机制、监测疾病进展和判断预后非常重要。

最具临床价值和应用前景的ALS生物标志物是脑脊液和血液中的NfL，其水平与疾病的进展速度相关，并且与上运动神经元密切相关。因此随着单分子免疫检测技术的出现，检测血液中NfL灵敏度的提高，可为ALS检测提供一种简单、无创的方法。

大量研究表明， ALS患者S-NfL或P-NfL水平较健康人群显著升高，且与CSF-NfL水平密切相关。因此不少研究者建议，在未来的研究中，可用采集血液代替脑脊液检测NfL水平，以减少腰椎穿刺给患者带来的不适感和操作风险，也便于指标变化的随访监测。

8 亨廷顿病

亨廷顿病（Huntington's Disease，HD），又称亨廷顿舞蹈症，是一种常染色体显性的神经退行性遗传病，由HTT基因上的CAG重复扩增导致突变型亨廷顿蛋白（mutant Huntingtin, mHTT）的异常沉积而致病，目前尚无有效治疗方法。早期的症状往往是情绪或智力方面的轻微问题，紧接着在行为上是人行走的不协调和不稳定的步伐。随着疾病的进展，身体运动的不协调会变得更加明显，能力逐渐恶化直到运动变得困难，无法说话。心智能力则通常会衰退为痴呆症。亨廷顿病症状通常在出现在30到50岁之间，发病时间无法控制。

HD作为一种单基因遗传病，在遗传学方面的进展已经可以帮助我们预测疾病的自然病史和进展情况，但目前有关预测疾病进展的其他方面的生物标志物很有限。既往研究显示，有关神经损伤的血液生物标志物可有助于HD的临床管理和治疗药物的研发。

研究表明，NfL 可作为HD发病和疾病进展的一个潜在的具有预测性的血液生物标志物。随着最新一代单分子技术的发展，能够检测出血液中低丰度的HD生物标志物，并将它用于治疗和监测病程发展。

9 其他类型神经损伤疾病

创伤性脑损伤（traumatic brain injury,TBI）的发病机制是一个复杂的过程，影响着全球数百万人。TBI通常起源于原发性损伤，与脑部受到的外部打击直接有关，进而逐步发展为继发性损伤。继发性发病机制包括分子、化学及炎症级联反应，涉及兴奋性神经递质的释放，可导致暂时性或永久性神经功能缺损。

近日，Neurology上发表了一篇研究文章，该研究旨在明确血清NfL是否与CSF NfL、TBI诊断、损伤严重程度、脑容量和弥散张量成像（DTI）估算的创伤性轴索损伤（TAI）相关。研究人员在瑞典和美国进行了前瞻性研究（2011-2019年间）。瑞典队列包括45名曲棍球运动员，28名季赛前对照者和14名非运动员对照者。第二个队列包括230名临床的参与者（162名TBI和68名对照者）。

经过临床研究，在具有配对样本的运动员中，验证CSF与血清NfL相关。CSF和血清NfL可区分运动员受伤的年限及严重性。基于临床的队列研究中，入组时的NfL可区分轻度、中度和重度TBI患者。五年中血清NfL下降，但与对照组相比仍显著升高。血清NfL与功能预后，MRI脑萎缩和通过DTI对TAI的估计有关。由此可见，血清NfL有望作为急性和体育相关脑震荡以及亚急性和慢性TBI患者的生物标志物。

TBI 及急性神经元损伤的血液NfL检测可能有多种临床应用：用于诊断运动所致脑震荡的神经元损伤，以及预测 TBI 或心脏骤停伴随缺氧性脑损伤的预后。

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参考资料：

1.*Cai, L.; Huang, J. Neurofilament light chain as a biological marker for multiple sclerosis: A meta-analysis study. Neuropsychiatr. Dis. Treat. 2018, 14, 2241–2254.

2.孙小玲，黄凯伟，万新贝，等.神经丝轻链蛋白在周围神经病中的应用价值探究[J].中国全科医学，2022，25（32）：3977-3983.

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