663
Neurofilaments as biomarkers in neurological disorders — towards clinical applicatione
神經纖維絲蛋白做為神經軸突損傷的特異性生物標記： 神經纖維絲蛋白在神經學領域被認證為反映神經軸突損傷的精確生物標記。其在診斷多種神經疾病時，能夠精確反映出神經元結構的損害程度，對於疾病的早期發現與監控具有重要意義。
- 神經纖維絲蛋白在PNS與CNS的表達：神經纖維絲重鏈（NfH）、神經纖維絲中鏈（NfM）和神經纖維絲輕鏈（NfL）都在周邊神經系統（PNS）及中樞神經系統（CNS）中表達。
神經纖維絲在疾病診斷與治療中的應用： 雖然神經纖維絲不直接用於確診特定疾病，但在神經退化性疾病的前臨床階段及疾病進展的監控中，扮演了重要的輔助診斷角色。這些生物標記對於評估治療反應及預後具有顯著的參考價值。
- 提早檢測藥物效果： 在主要神經退化性疾病中，NfL在臨床症狀出現多年前就會升高，NfL的測量可提供早期治療介入的機會，當時神經系統的損傷尚限於較小範圍。
標準化與方法的兼容性： 要將神經纖維絲的測量推廣到日常臨床實務中，需要對測量方法進行標準化，並確保不同的分析方法平台之間能夠兼容。這包括建立包括校正年齡和BMI在內的標準參考數據庫，以確保在不同群體中的測量結果具有可比性。
Neurofilaments as biomarkers in neurological disorders — towards clinical applicatione
神經纖維絲作為神經疾病生物標記 —— 邁向臨床應用
文獻出處
背景
- 神經纖維絲蛋白的重要性：神經纖維絲蛋白已被認證為神經損傷和喪失的有效生物標記，這是導致各種急慢性神經障礙永久性殘疾的主要病理生理基礎。
- 神經纖維絲蛋白的釋放：在神經軸突受損和退化時，神經纖維絲蛋白會釋放到腦脊髓液中，並以較低濃度進入血液中。
- 高敏感度分析方法的引進：這是神經纖維絲作為臨床實務生物標記發展的關鍵里程碑。這些平台允許在血液等體液中可靠且高效的神經纖維絲量化。
- 神經纖維絲輕鏈（NfL）的實驗室應用：在一些實驗室中，NfL在腦脊髓液和近年來在血漿中的測量已被用作識別、排除及評估神經軸突損傷的生物標記。
- NfL在臨床試驗中的應用：基於NfL的變化，FDA加速批准一種用於治療SOD1相關的肌萎縮性脊髓側索硬化症的藥物，標誌著生物標記研究轉化臨床領域的一大突破。
- 臨床實務中廣泛應用NfL的障礙：年齡、慢性腎病和BMI等混淆因素會影響NfL濃度的測量，使得難以建立絕對NfL濃度的固定正常值。
神經纖維絲 — 結構與功能
- 神經元和軸突的細胞骨架：包含五種神經纖維絲蛋白異構體，包括神經纖維絲輕鏈（NfL）、神經纖維絲中鏈（NfM）、神經纖維絲重鏈（NfH）、α-內聯蛋白α-internexin和周邊素peripherin。
- 神經纖維絲蛋白的特性：是一種異源聚合體heteropolymers，內含有無結構的區域，大多數突變在此區域且易於引起疾病。
- 與疾病相關的神經纖維絲異構體突變：目前已發現121種神經纖維絲異構體突變與肌萎縮性脊髓側索硬化症（ALS）、Charcot–Marie–Tooth disease或脊髓性肌肉萎縮症（spinal muscular atrophy，SMA）相關。
- 神經纖維絲蛋白的轉譯後修飾：神經纖維絲蛋白的結構會通過轉譯後修飾被修改，其中最普遍的修飾是磷酸化，這會導致電荷排斥。
- 異常磷酸化與疾病：由突變引起的異常磷酸化位點可以促進神經纖維絲蛋白異聚體的形成，這是阿茲海默症和ALS的病理特徵。
- 神經纖維絲蛋白的其他常見轉譯後修飾：包括檸檬酸化、糖基化和糖化作用，這些都在神經退化和自體免疫病理中發揮作用。
- 健康與疾病中神經纖維絲蛋白異構體的相對量變化：健康狀態下不同神經纖維絲蛋白異構體的化學計量比是7:3:2 (NfL:NfM:NfH)，而在疾病狀態下NfL增加，NfM和NfH減少。這種變化能在進行性神經退行時節省神經元能量。
- 神經纖維絲蛋白在臨床實務中的應用：釋放穩定的特異性病理NfL分解產物使得NfL成為臨床上良好生物標記候選者。
- 神經纖維絲蛋白的多重功能：除了穩定軸突細胞骨架的主要功能外，神經纖維絲蛋白還包括調節軸突直徑、軸突流、軸突運輸、錨定和線粒體分布，以及在發育和髓鞘形成期間與myelin蛋白交互作用，調控神經纖維絲異構體的表達。
體液中神經纖維絲的來源
- 與神經退化的線性關係：退化神經元的數量與神經纖維絲濃度之間存在線性關係，退化神經元會釋放神經纖維絲蛋白的裂解產物到鄰近的間質液中。
- NfL Uman抗體的應用：Uman抗體（純化的哺乳動物脊髓的單株抗體，目前已成為商業化檢測的關鍵試劑）與只有在神經退化引起的NfL裂解產物抗原相互作用。
- 體液中的神經纖維絲裂解產物：神經纖維絲裂解產物從間質液擴散到相鄰的體液中，目前已在腦脊髓液、血液、羊水、以及眼睛的前房和玻璃體中被檢測到，體液系統可能有助於將NfL從腦部排到全身循環中。
- 體液系統功能障礙與NfL：原發性顱內高壓症等疾病中體液系統流動受損與腦神經系統至血清中NfL比例增加有關。
- 神經纖維絲裂解產物的半衰期：估算在創傷性腦損傷中血液中可測量的NfL胜肽的半衰期約為500小時。
- 神經纖維絲蛋白的來源與功能：大多數檢測到的神經纖維絲蛋白可歸因於神經元，但在膠質細胞、紅血球、T細胞、podocytes足細胞、卵母細胞、幹細胞、睪丸組織、胸腺組織和癌組織中也可檢測到微量的NfL mRNA和神經纖維絲蛋白。
- 神經纖維絲蛋白在PNS與CNS的表達：神經纖維絲重鏈（NfH）、神經纖維絲中鏈（NfM）和神經纖維絲輕鏈（NfL）都在周邊神經系統（PNS）及中樞神經系統（CNS）中表達。
- 未來提高測試特異性的發展：未來發展針對中間絲的量化測試，將更具體針對CNS（如α-內聯蛋白）和PNS（如周邊素），可降低目前對來源的不確定性。
- 確定神經纖維絲蛋白來源及相關病理的方法：為了確定神經纖維絲蛋白及其裂解產物的來源和相關病理，需要一個報告量化方法。這包括報告所使用的抗體。
- 上標：用使用的抗體克隆作為上標添加；例如NfHSMI35，NfLUmea 47:3。
- 下標：通過添加下標來指示裂解產物在人類序列上的位置；例如，NfL530–540或NfH852–986。
臨床應用中的技術挑戰
分析上的挑戰
單分子陣列(Simoa)的技術進步：
- 單分子陣列(single-molecule array, Simoa)超敏感技術：它允許從腦脊髓液(CSF)的測量轉變到血清和血漿的測量，這些生物標記在血液中的濃度遠低於傳統ELISA能檢測到的範圍。
- Simoa技術原理：基於ELISA技術，通過單個納米珠攜帶的免疫復合物，並根據二級抗體的識別確定正負進行計數，進而計算分析物的濃度。
- 技術與抗體的結合應用：結使用最初在CSF檢測中驗證的NfL抗體與Simoa技術結合，使得檢測技術能夠檢測到微量的NfL，進一步擴大了其在血漿和血清中的應用範圍。
其他相關技術：
- 微流控microfluidic NfL檢測：相同的抗體後來被用於在ELLA平台上的微流控NfL檢測，達到了與Simoa相似的效能。
- Meso Scale Discovery檢測法：類似於ELISA，但依賴於更敏感的電化學發光技術來檢測。
研究用途限制與臨床應用的挑戰：
- 研究用途限制：儘管這三種技術具有高靈敏度，但它們目前被指定為「僅限研究用途」，這限制了它們在臨床實務中的廣泛應用。
- 臨床診斷測試的轉化挑戰：多重挑戰阻礙了這些技術轉化為獲得臨床批准的診斷測試，包括技術標準化、成本效益評估及監管批准等問題。
干援因子
- 正常老化與神經軸突退化：正常老化涉及的生理現象也會導致神經軸突退化並釋放神經纖維絲蛋白到腦脊髓液和血液中。
- 性別差異的證據不足：沒有足骲證據表神經纖維絲蛋白水平在不同性別間存在差異。
- 共病對神經纖維絲的影響：
- 釋放與周轉的影響：共病可以影響神經纖維絲的釋放和周轉，這些共病在高齡層中的盛行率最高，這些效應加劇了與年齡相關的神經纖維絲變化。
腦脊髓液中神經纖維絲輕鏈的正常參考值變化：
- 年齡增長與NfL濃度增加：20至50歲之間，腦脊髓液中的神經纖維絲輕鏈(NfL)正常上限參考值增加了兩倍多，到70歲時再翻一倍。
- 神經軸突退化的速率：
- 退化的速率: 這些增加可能反映了神經軸突退化的加快速率，這一點由神經纖維絲水平與認知健康老年人海馬體萎縮率的相關性得到支持。
- 腦脊髓液動力學的變化：這些增加也可能反映腦脊髓液動力學的變化。
血液中NfL濃度的年齡相關增加：
- 健康對照組的NfL濃度年增率：在18至70歲的健康對照個體中，血液中的NfL濃度每年增加2.2%。
- 建立國際標準參考數據庫：已建立一個基於Z值百分位數轉換值的國際標準參考數據庫，用於沒有中樞神經系統疾病的個體的血清NfL濃度，該數據庫調整了年齡和BMI，標誌著將NfL作為生物標記臨床應用的一個重要里程碑。
- 血液中NfL濃度隨年齡的指數增長：在數據庫中，血液中的NfL濃度隨年齡增長呈指數型增長，直至約50歲，此後增長率更加陡峭。
- BMI對血液中NfL水平的影響：較低的血液中NfL水平與較高的BMI相關，這是因為NfL在較大血液容量中被稀釋。
- 年齡與BMI在規範值的應用：
- 規範值的推導：在推導規範值時已包括年齡和BMI兩個因素，使得在臨床應用中能夠考慮到BMI的影響。
- 單單只有年齡的調整：有些實驗室使用的參考值僅根據年齡調整，而不考慮BMI，這是基於年齡對血液中NfL水平的影響遠大於BMI的觀點。
- 腎功能不全對血液中NfL濃度的影響：
- NfL的清除減少：腎功能不全導致血液中神經纖維絲輕鏈(NfL)的清除減少，是影響血液中NfL濃度的一個混淆因素。
- 蛋白質代謝的潛在影響：腎功能不全可能影響蛋白質代謝，進而影響NfL濃度，儘管相關證據有限。
- 估算腎小球過濾率與NfL濃度的關聯：
- 過濾率與NfL濃度的負相關：當估算腎小球過濾率低於60 ml/min/1.73 m²時，與血清NfL水平的顯著增加有關。
與血液NfL增加相關的共病：
- 糖尿病及心血管疾病：糖尿病和心血管狀況（如心房顫動、心臟衰竭和周邊動脈疾病）與血液中的NfL增加有關。
生活方式因素對NfL水平的影響：
- 酒精濫用：雖然相關研究不多，但酒精濫用與血液中NfL增加有關。
- 高海拔攀登：登山者攀至超過4,559米高度後，血清NfL增加，這一增加與是否出現急性高山病無關。
- 有氧運動：劇烈的有氧運動在短期內似乎不影響腦脊髓液中的NfL，但有關血液NfL水平的研究結果不一，報告顯示有降低和不變的情況。
種族對NfL水平的影響：
- 研究缺乏：種族對NfL的影響尚未在足夠大的健康對照人群中進行研究。
統計分析和參考值
- 神經纖維絲輕鏈(NfL)的統計分析挑戰：
- 數據分佈的特性：NfL濃度是連續測量數據，但通常呈右偏斜且尾部較重的分佈。
- 對數轉換的應用：由於上述分佈特性，為了滿足迴歸模型中殘差的正態分佈假設，NfL測量數據常在分析前進行對數轉換。
- 統計資料摘要的表達：在進行對數轉換後，通常使用中位數或幾何平均數作為呈現。
調整混淆因素的必要性與挑戰：
神經纖維絲輕鏈(NfL)與年齡和BMI相關性：
- 年齡與NfL的關聯：血液中的NfL隨年齡顯著增加。
- BMI與NfL的關聯：較高的BMI與NfL的中度下降相關。
- 群體的調整選項：調整這些干擾因素是一個選項，儘管由於非線性問題而複雜化。對個體應用而言，需要採用替代方法。
- 參考曲線的創建：
- 類似兒童成長曲線的參考曲線：可以生成類似於兒童成長曲線的參考曲線，這樣的曲線有助於更精確地反映實際的生物變化。
NfL Z值的應用和意義：
- Z值的表達：NfL Z值表達了一個給定的NfL測量值與根據年齡和BMI調整後的控制組NfL值偏離的程度（以標準差數量表示）。
- Z值的優勢：Z值按定義在各年齡組中呈正常分佈，這對於建模是有利的。
擴展年齡範圍包括兒童和青少年：
- 國際倡議擴展範圍：繼在20歲以上人群中的模型化後，國際倡議已擴大範圍，包括0至20歲的兒童、青少年和年輕成人。
- 實驗室間變異性對參考值的影響：
- 跨實驗室的變異性：在歐洲和美國的17個實驗室進行的循環研究中，使用同一檢測方法得到的神經纖維絲輕鏈(NfL)測量值顯示，九個血清樣本的變異系數範圍為6.9%至11.8%。
- 臨床實踐中的變異與實驗室控制的比較：
- 臨床實務中較大的變異性：與控制實驗相比，臨床實踐中以及跨檢測之間在中心的變異性更大。
神經纖維絲在神經系統疾病中的表現
神經發炎性疾病
Multiple sclerosis多發性硬化症
NfL作為多發性硬化症生物標記的初步研究：
- NfL與臨床殘障程度相關：在多發性硬化症患者中，NfL在發作後最高，需要超過200天才能回到隊列內的平均水平，並與臨床殘障程度相關。
NfL的長期追踪與治療反應評估：
- 高靈敏度檢測的開發：最近開發的高靈敏度檢測允許在血液中定量NfL，從而實現治療反應的縱向長期追蹤測量。
- 治療後NfL變化：治療開始後6個月內，使用單克隆抗體（CD20、CD52、α4β1-整合素抗體）相比口服治療（S1P受體抑制劑S1P receptor inhibitors, dimethyl fumarate and teriflunomide）和平台治療（glatiramer acetate and IFNβ）更能顯著降低NfL。
NfL作為藥物反應標記的特異性：
- 低效藥物與NfL變化：使用臨床效果較低的藥物（例如riluzole、acyclovir、維生素D、IFNβ和glatiramer acetate) 在復發性多發性硬化症和fingolimod在原發性進展性多發性硬化症治療時NfL的變化微小或無變化相關。
高效多發性硬化症療法
- NfL預測疾病進程的：高效療法(natalizumab, ocrelizumab, ofatumumab, alemtuzumab and haematopoietic stem cell transplantation) 幾乎完全抑制急性發炎活動。
- 與疾病進展相關的NfL水平：證據顯示，這些高效療法未能將NfL水平降至正常值，NfL提升可能反映了導致持續神經損傷甚至疾病進展。
- 神經纖維絲與其他生物標記的組合：
- 診斷力的增強：神經纖維絲輕鏈（NfL）專門反映神經損傷，將此測量與指示其他病理生理特徵的生物標記結合，可提供額外的診斷能力。
- NfL與GFAP的比較：NfL和GFAP（星形胶質細胞中的中間絲，相當於NfL）兩種生物標記的組合超越了NfL單獨預測長期殘疾的能力。
臨床實務中NfL的主要用途：
- 疾病活動性的量化：在多發性硬化症的臨床實務中，NfL的主要用途可能是量化臨床和亞臨床疾病活動性。
- 藥物反應的監控：監控藥物反應，評估治療效果。
預測長期結果：
- NfL和GFAP的組合：對於預測長期結果，NfL和GFAP的組合可能具有更高的預測力，以預見疾病進展。
NMOSD and MOGAD
NfH與NMOSD：
- 首次報告：2007年首次報告日本人罹患NMOSD時腦脊髓液中神經纖維絲重鏈(NfH)升高。
NfL與NMOSD及MOGAD：
- 血清NfL升高：後續研究發現NMOSD和MOGAD中血清神經纖維絲輕鏈(NfL)水平升高。
神經纖維絲與疾病活動性：
- 腦脊髓液和血清水平相關性高：在多發性硬化症中，NfL的腦脊髓液和血清水平高度相關，發作期間高於緩解期。
- 與臨床病情嚴重度相關：NfL水平與臨床病情嚴重度相關。
NMOSD與多發性硬化症的NfL比較：
- 組間顯著差異但重疊度高：NMOSD和多發性硬化症之間的神經纖維絲水平在組間顯示顯著差異，但也存在強烈重疊，這些差異對於個體層面的鑑別診斷無意義。
NfL作為疾病活性和進展的標記：
- 並非NMOSD或MOGAD的診斷標記：NfL和NfH不是NMOSD或MOGAD的診斷標記，但是疾病活動和進展的標記。
NfL作為預後標記的潛力及限制：
- NfL在NMOSD和MOGAD的預後標記潛力不明：相對於多發性硬化症，目前對於NfL在NMOSD和MOGAD中作為預後標記所知有限。
- GFAP可能是更適合的生物標記：目前的證據表明，膠質纖維酸性蛋白(GFAP)比NfL更適合作為NMOSD的長期監測生物標記。
神經退化性失智症
阿茲海默症 Alzheimer disease
- 阿茲海默症與健康對照群的神經纖維絲水平區別：
- 腦脊髓液中的神經纖維絲：阿茲海默症患者的腦脊髓液中神經纖維絲輕鏈(NfL)水平可與健康對照群相區分，準確性相當（AUC約0.7）。
- 血液中的神經纖維絲水平：同樣地，血液中的NfL水平也可用來進行區分。
神經纖維絲水平與腦部病變的關聯：
- 獨立於類澱粉沉積：NfL水平似乎與腦部類澱粉沉積無關，但與神經退化特別是白質軸突的退化有關。
- 神經退化疾病中普遍升高：NfL在各類神經退化疾病中幾乎普遍升高，這限制了它在區分阿茲海默症和其他型式的失智症的能力。
臨床情境中NfL的特定用途：
- 進展性失語症的鑑別：NfL水平可以區分與阿茲海默症相關的初級進展性失語症和與語義型額顳葉失智症相關的失語症，後者的NfL水平更高。
- Creutzfeldt–Jakob disease與阿茲海默症的區分：在克雅二氏症（CJD）中，NfL水平非常高，這有助於將其與阿茲海默症及迅速進展型阿茲海默症區分開來。
阿茲海默症的早期預測：
- 血液中的神經纖維絲變化：在自體顯性遺傳的阿茲海默症中，血液中的神經纖維絲變化通常在臨床症狀出現前超過十年就能觀察到。
臨床進展的預測：
- 疾病進程中的神經纖維絲變化：這些變化同時預示著阿茲海默病程中的臨床進展，對於疾病進展的預測有著重要意義。
特定風險群體的監測：
- 遺傳風險族群的疾病監控：神經纖維絲測量可用於追蹤和預測帶有遺傳風險的阿茲海默症患者進展，如唐氏症患者或自體顯性遺傳阿茲海默症的患者。
巴金森失智症和路易體失智症
初期巴金森病診斷沒有幫忙：
- 神經纖維絲水平：在巴金森病的初期階段，神經纖維絲（NfL）的水平與健康對照組相似，因此在早期診斷巴金森病方面沒有明顯的診斷價值。
疾病進展預測：
- 發展為失智症的預測：雖然早期診斷無明顯效果，但神經纖維絲的測量可以用於預測巴金森病患者是否會進展到失智症階段。
非典型帕金森症候群鑑別：
- 與典型巴金森病的鑑別：神經纖維絲有助於區分典型巴金森病和非典型帕金森症候群, 如進展性核上性麻痺（PSP）、皮質基底部發生性病變和多系統萎縮（MSA），這些疾病NfL都會上升，這對疾病的管理、治療和預後有重要的影響。
失智症類型的比較：
- 神經纖維絲（NfL）水平：在路易體失智症中，血液中的NfL水平與阿茲海默症相似，低於額顳葉失智症（FTD）的水平，這限制了其在這些疾病間差異性診斷的應用。
治療反應的監測：
- 監測治療反應：儘管NfL水平對於鑑別不同類型的失智症有限，但它提供了衡量治療反應的機會。
額顳葉失智症
臨床特徵：
- 行為型（bvFTD）：主要影響個性、社交行為和執行功能。
- 語義型：影響語言，相當於進行性失語症。
病理生理：
- 蛋白質病變：包括tau蛋白（約47.5%）、TAR DNA結合蛋白43（TDP43；約47.5%）和FUS（小於5%）的聚集。
遺傳因素：
- 家族性病例：約30%的病例是家族性的，由MAPT（tau病理）、C9Orf72（TDP43病理）或GRN（TDP43病理）突變導致。
與主要精神疾病（primary psychiatric disorders, PPD）的鑑別診斷：
- 診斷挑戰：FTD與PPD在臨床實務中的鑑別診斷具有挑戰性，因為行為型FTD（bvFTD）的一些行為症狀與PPD重疊。
- NfL：多項研究證實，FTD患者的神經纖維絲腦脊髓液和血液濃度高於PPD患者，敏感性和特異性超過80%。
遺傳變異與NfL水平：
- 遺傳突變差異：血液中的NfL在GRN突變患者最高，MAPT突變患者最低。
- 時間差異：C9orf72基因突變的增加約始於症狀發作前30年，GRN基因突變約15年，MAPT基因突變則約在症狀發作時開始。
- 預後價值：無症狀階段NfL的增加對於轉變為臨床症狀疾病具有顯著的預後價值（橫斷面增加的風險比（HR）為6.7，長期NfL變化的風險比（HR）為13。
早期介入與臨床試驗：
- 預測價值：在FTD高風險人群中，血液NfL水平的增加已被提議作為臨床試驗的納入標準，並作為額外的生物學結果指標。
肌萎縮性脊髓側索硬化症Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS
神經纖維絲於運動神經元：
- 上運動神經元與下運動神經元：都含有大量的神經纖維絲，這些神經纖維絲存在於其長而有髓鞘的軸突中。
ALS中的NfL和NfH水平：
- 腦脊髓液與血液中的增加：與健康對照組相比，ALS患者的腦脊髓液及血液中NfL和NfH水平顯著提高。
- 高水平的神經纖維絲：僅有Creutzfeldt–Jakob disease（CJD）和HIV相關的神經認知障礙有類似高水平的神經纖維絲。
- 神經纖維絲與脊柱束退化的相關性：
- 散张量成像檢測：NfL水平與脊髓spinal cord即上運動神經元的退化相關性在某些研究中得到了證實，但在大型ALS患者群體中未被廣泛證實。
ALS病程中的神經纖維絲水平變化：
- 疾病早期大幅度升高後穩定：在疾病早期，神經纖維絲水平在腦脊髓液和血液中大幅度提升，之後在病程中相對穩定，儘管其他軸突和神經元生物標記（如tau或β-突觸蛋白）水平較低。
診斷時程對診斷準確性的影響：
- NfL在腦脊髓液和血清中的水平，無論從症狀出現到診斷的時間是多於還是少於6個月，都保持高度的診斷準確性。這一發現在臨床上具有重要意義，因為ALS的診斷通常會延遲。
生物標記與存活率關聯性：腦脊髓液和血液中的神經纖維絲水平（NfL和NfH）與ALS的存活率和疾病進展速度有強烈相關，此關聯已在多個分析平台上得到確認。
臨床試驗中的應用：
- 儘管ALS功能評估量表-修訂版（ALS Functional Rating Scale-Revised）仍是最廣泛使用的主要結果指標，血液中的NfL水平可以提供一種敏感的藥理動力學結果指標，從而減少所需的樣本大小、試驗持續時間和參與者的個體負擔。
- FDA的加速批准：基於這些發現，FDA已對tofersen給予加速批准。
臨床症狀缺乏時的納入標準：
- 在另一個抗轉譯抑制寡核苷酸試驗中，即使在沒有臨床症狀的情況下，血液中NfL水平的增加也被用作納入標準。
對riluzole無療效監測效果：
- NfL濃度不適用於監測傳統治療藥物riluzole的治療效果
腦血管疾病
血清、血漿及腦脊髓液中的神經纖維絲：在多種中風亞型中，神經纖維絲（NfL和NfH）在血清、血漿及腦脊髓液中的水平均有升高。
出血性中風：對於出血性中風，相關數據較為缺乏。
缺血性中風：
- 研究一致顯示，缺血性中風患者的血液NfL水平高於短暫性腦缺血發作（TIA）患者。
- 在年輕患者（中位年齡42歲）中，於中風表現時有頸動脈剝離的患者，其血清NfL顯著高於僅有TIA或孤立性局部症狀的患者。
血液NfL隨時間之變化：中風發作後，NfL的血液濃度會持續增加，通常在2-3週達到高峰，並可持續高位3-6個月。
與中風嚴重度的關聯：NfL濃度與臨床評分有關聯，並在較小程度上與腦部影像學（CT和MRI）可見的組織損傷程度相關。
時間點和梗塞大小的相關性：
- 在超急性期，NfL水平與梗塞大小的相關性有限。
- 在中風後一週測量的NfL水平更能反映腦組織損傷。
出血性中風的NfL水平：在腦內出血和蛛網膜下腔出血中，NfL的血液水平與出血量有關聯。
治療反應預測：這些標記可以作為對前循環大血管阻塞進行血管內治療的中風患者治療反應和功能結果的預測因子。
血管和全原因死亡率預測：NfL的血液水平可以預測腦血管疾病患者的血管相關和全原因死亡率。
小血管small vessel disease (SVD) 疾病病程關聯：NfL的血液水平與大腦磁共振成像（MRI）標記評估的SVD病情負擔相關，如腔隙性梗塞、白質高信號強度、微出血以及擴散張量成像中的超微結構組織變化。
疾病反映：這種關聯不僅在與年齡相關的散發性SVD中有證據支持，也在遺傳性形式（如腦小血管病自體顯性遺傳動脈病變伴皮質下梗死與白質腦病）中得到證實，顯示NfL水平真實反映了SVD病理。
疾病監測：血液中的NfL作為可監測SVD病灶的進展、未來的中風發生以及後續影像學上新的（通常臨床無症狀的）病灶有關。
損害程度預測：在SVD相關中風症狀發作後1至10天內（中位數4天）測量的高NfL水平，預示著將來會發展出更為嚴重的損害（。
認知功能衰退：預測在長期隨訪期間認知功能衰退和失智症的發展。
風險預測：血液中的NfL水平也可以預測長期中風風險，以及在糖尿病患者中，顯著增加Framingham中風風險評分預測中風事件的能力。
創傷性腦損傷
創傷性腦損傷的病理機制
- 旋轉性腦傷害： 創傷性腦損傷中，旋轉傷害是常見且關鍵的機制，這類傷害會導致軸突的破裂，以及軸突內蛋白如NfH和NfL釋放至腦間質液、腦脊髓液和血液中。
- 腦脊髓液與血清中的NfL變化： 創傷性腦損傷後，NfL在腦脊髓液和血清中的變化相似，但血清中的變化幅度通常小於腦脊髓液。
急性中重度創傷性腦損傷中的NfL濃度
- 與腦室腦脊髓液濃度的關聯： 在急性中重度創傷性腦損傷患者中，血清NfL濃度與腦室腦脊髓液濃度呈現相關，這使得能夠將創傷性腦損傷患者與健康人群有效區分，具有極高的診斷準確性（AUC 0.98–1.0）。
- 區分頭部CT異常： 創傷後48小時內測量的血清NfL濃度，能夠高度準確地區分頭部CT檢查顯示異常與正常的人群，這一指標對早期診斷和治療決策具有重要價值。
長期變化：
- 即使在輕度、中度或重度創傷性腦損傷發生後長達5年的時間裡，血清中的NfL濃度仍顯著異常，顯示其長期受影響。
- 這些變化使得能夠區分輕度、中度和重度創傷性腦損傷患者，及與未曾經歷創傷性腦損傷的人群
- 傷後1年測得的血清NfL濃度與同時期測量的全腦體積以及擴散張量成像測量的白質完整性有相關性。
運動相關創傷研究：
- 在職業冰球運動員中，遭受急性腦震盪後血清中的NfL濃度較高，尤其是那些延遲恢復的運動員。
- 血清中的NfL濃度在區分有無腦震盪的運動員方面，表現優於血漿中總tau蛋白濃度。
- 重複遭受運動相關腦震盪的專業運動員，在最近一次腦震盪數月後進行腰穿和血液檢查，血清中的NfL濃度與腦脊髓液中的濃度相關。
- 能夠高度精確地區分有無腦震盪歷史的運動員。
拳擊手頭部反复撞擊後的NfL濃度變化：
- 拳擊比賽後7至10天測量，血中NfL濃度顯著高於健康對照組。
- 休息3個月後，雖NfL濃度下降，但仍高於對照組。
NfL作為輕微慢性腦損傷生物標記的特點：
- 在輕微TBI中，NfL濃度的最大增加通常發生在受傷後2至3週，達到峰值後的有效半衰期為2至3個月。
NfL作為生物標記的局限性：
- NfL也在周邊神經中表達：如果周邊神經受損，可能導致血液中NfL濃度增加。這一點是否真的影響NfL的診斷性能尚不明確，有關TBI情境下特異於中樞神經系統的神經纖維蛋白（如α-internexin）的更多研究將有助於解決這一不確定性。
缺氧缺血性腦損傷
基本事實與核心構成要素:
- NfL和NfH的增加： 這些是神經傷害的生物標記，特別是在缺氧-缺血性腦損傷情況下。
- 心臟停止後的影響： 心臟停止後引起的腦部缺氧-缺血狀態，可能導致次皮層神經元損傷。
- 以Simoa檢測NfL與臨床結果的關聯性： NfL的水平與心臟停止後病人的存活率和長期神經學預後密切相關，這有助於預測病人恢復的可能性。
NfL生物標記的預測價值:
- 相對其他生物標記的優勢： 多項研究表明，在這個狀況下血液中的NfL的預後價值高於其他血液生物標記（例如，特異性神經酶、S100與tau）、臨床檢測、神經影像和神經生理檢查。
- 與腦損傷程度的相關性： 血液中的NfL水平與EEG和頭部CT的發現相關，NfL水平在具有預後較差的EEG形態和灰質與白質比例降低的人群中較高。
巴金森病
帕金森病的診斷挑戰:
- 臨床重疊問題： 帕金森病的診斷因與所謂的非典型帕金森症侯群（如多系統萎縮症MSA、進行性核上性麻痹PSP和皮質基底症候群）有大量臨床重疊而具挑戰性。
- 腦脊髓液研究： 自1990年代末以來，多項橫斷面和縱向研究顯示，患有非典型巴金森病綜合症的患者，其腦脊髓液中的神經纖維絲(NfL)和神經纖維絲(NfH)水平高於巴金森病患者。
- 血液樣本類似結果： 這些發現在血液樣本中也得到了復制，進一步驗證了生物標記在臨床診斷中的應用。
神經退化性病變的解釋:
- 神經退化速度與範圍： 非典型巴金森病症侯群比巴金森病有更快和更廣泛的神經退化性變化。
- 皮層下大髓鞘軸突受損： 在非典型巴金森病症侯群中，皮層下髓鞘軸突比巴金森病更為明顯受損。
巴金森病診斷的關鍵參數：
- NfL水平的切點： 在診斷巴金森病時，需要NfL水平低於選定的切點，且需要檢測到α-突觸核蛋白的存在。
NfL與疾病嚴重程度的相關性：
- 與症狀嚴重度相關： NfL與運動或認知功能的疾病嚴重度相關。
- 功能進展預測： 在巴金森病及非典型巴金森病症侯群中，NfL水平與神經學及功能進展的未來速率相關。
- 與特定腦區萎縮相關： 在多系統萎縮症和進行性核上性麻痹中，NfL水平與特定腦區的萎縮相關。
- 與認知功能相關： NfL水平與巴金森病患者的認知功能相關。
NfL水平的長期影響：
- 生存時間相關： 在巴金森病、進行性核上性麻痹和多系統萎縮症中，高NfL水平與較短的生存時間相關。
- 在前驅階段的預測意義： NfL水平在純自主神經失調和快速眼動期行為障礙的前驅α-突觸核蛋白病態人群中升高，其程度與臨床巴金森症侯群相似甚至更高，並可預測轉變為巴金森病、多系統萎縮症或路易氏體失智
亨丁頓病Huntington disease
- 亨丁頓病患者的NfL水平： 在201名帶有HTT基因CAG重複擴展的人中，亨丁頓病患者的血漿NfL水平比沒有突變的人高2.6倍，即使在預測發病前10年以上的早期非表現期也是如此。
- 臨床惡化評估： 提升的NfL水平與臨床惡化相關。
- NfL濃度與MRI萎縮的關聯：神經纖維絲(NfL)濃度與MRI顯示的局部及全腦萎縮程度相關。
- NfL水平的變化速率：亨丁頓突變患者在隨訪期間的NfL水平增加速度比健康對照組快。
- CAG重複次數與NfL水平： CAG重複次數較高的個體，其NfL濃度較高，且NfL增加的速率也更快。
- 低NfL濃度與疾病表現： 擁有較低NfL濃度的參與者更可能保持在未臨床前無症狀階段。
周邊神經病變
- Guillain–Barré syndrome (GBS) 中NfL水平的臨床相關性：
- 高NfL水平的常見性： 在GBS中，腦脊髓液和血清中均可見高水平的NfL。
- 與疾病嚴重度相關： 高NfL水平與疾病的嚴重度及軸突型變異有關。
- 獨立預後指標： 高NfL水平已被確認為成人和兒童較差預後的獨立預測因子。
結合CSF與血液中的NfL測量： 通過結合測量腦脊髓液和血液中的神經纖維絲，可對這些生物標記是來自中樞神經系統還是周邊神經系統作出結論。
- 其它周邊神經病變： 在GBS的觀察類似於在重症神經病變、巨軸神經病變、慢性發炎性脫髓鞘多發性神經病變、multifocal motor neuropathy、化療引起的周邊神經病變、血管炎神經病變、paraproteinaemia-related demyelinating polyneuropathy、Charcot–Marie–Tooth disease和遺傳性神經病變中也有類似發現。
- 較高NfL水平： 在這些疾病中，較高的血液中NfL水平指示了更嚴重的病理、軸突損傷和較差的預後。
- 治療反應與NfL水平： 在對治療有反應的患者中，NfL水平會降低。
遺傳性病症中NfL的角色：
- 特高的NfL水平： 患有症狀性遺傳性甲狀腺素轉運蛋白類澱粉病的人血液中的NfL水平特別高。
- 預症狀標記： 在帶有致病基因變異的家族中，NfL可作為預症狀標記。
脊髓性肌肉萎縮症（spinal muscular atrophy, SMA）
- CSF與血液中的NfL升高： 在患有SMA的兒童中觀察到脊髓液和血液中神經纖維絲升高。
- 與病情嚴重度相關： 更高的神經纖維絲水平與較年輕的發病年齡和更嚴重的病型相關。
- 基因療法對NfL水平的影響： 批准和新興的基因治療與不同形式的SMA中，CSF和血清中的NfL均見顯著降低。
- 抗譯對病蛋白療法的研究：
- nusinersen治療的藥物動力學研究： 在嬰兒期發病的SMA中，nusinersen療法顯示出與劑量相關的NfH降低和臨床改善。
- 類型3或4 SMA的研究： 在發病較晚和症狀較輕的類型3或4 SMA中，經治療和未經治療者之間的CSF中NfH和NfL水平差異不大。
其它神經病變
神經纖維絲在多種神經病症中的應用：
- 遺傳性小腦萎縮： 在罕見的遺傳性小腦萎縮中，部分證據表明神經纖維絲可作為治療反應的標記。
- 癲癇相關應用： 血液中的NfL水平在強直-陣攣性大發作後略有增加，並可作為急性神經損傷的生物標記。
自體免疫性腦炎中的NfL水平：
- 不同自體免疫性腦炎的NfL水平： NfL水平在自體免疫性腦炎中普遍升高，其中在抗LGI1腦炎中的水平高於抗NMDA受體腦炎。
- 抗NMDA受體腦炎的診斷價值： 儘管抗NMDA受體腦炎中NfL的預後價值不明，但提高的血液NfL水平能夠將此狀態與首次發作的精神病區分開來。
- 威爾森病中的NfL應用：
- 威爾森病中的腦損傷標記： 血液中的NfL濃度可以作為威爾森病腦損傷的標記，輔助臨床和神經影像學的疾病嚴重度評估。
- Prion diseases 中的NfL：
- 顯著升高的NfL水平： 在如CJD 的prion disease中，NfL水平極高，而在進展較慢的形式，如致命家族性失眠症中，則中度升高。
神經相關感染疾病中的神經纖維絲研究：
- HIV相關神經併發症： 在HIV相關的神經併發症，包括失智症中，神經纖維絲水平被認為是治療反應的潛在標記。
- COVID-19研究： 自2020年以來，越來越多的研究探索血液中NfL水平作為COVID-19的預後標記的潛力。
結論
- 神經纖維絲在神經學和神經精神病學的研究應用：
- 廣泛研究的生物標記： 神經纖維絲蛋白，特別是NfL，已成為神經學和神經精神病學中最為密集研究的血液生物標記之一。
- 反映神經軸突損傷： 它們能夠實時反映作為持續性殘障基礎的神經軸突損傷，吸引了眾多基礎、轉譯和臨床醫學的研究者探索其潛力。
- NfL在臨床和研究中的特殊優勢：
- 體液中NfL的診斷價值： NfL在血漿或血清中的水平能有效反映其在脊髓液中的水平，使得NfL成為可能長期監測的生物標記。
- 臨床實務中NfL的應用趨近現實：
- 大型參考資料庫的建立： 成人和兒童生理血清NfL數值的大型參考資料庫的建立，使得能夠更精確地在個體層面而非僅在群體層面進行解釋。
- 血清與血漿準備的差異： 血清和血漿準備之間的差異阻礙了對這兩種樣本使用相同參考值。
- 高靈敏度檢測方法的差異：
- 不同分析方法NfL絕對值： 預期將推出用於臨床的各種高靈敏度檢測平台產生不同的NfL絕對值，這阻礙了使用不同平台生成的數據進行比較，直到建立參考「匯率」。
- 血清樣本的優勢： 當前證據表明，在大型臨床實驗室中，血清樣本相比血漿樣本更受偏好，因為它們提供相同的生物信息，而且血清樣本的生產更簡單且容易標準化。
- NfL的臨床應用與限制：
- 臨床情境的重要性： 如同任何生物標記，NfL的解釋不能脫離臨床情境，必須針對特定的臨床問題來使用。
- 僅代表神經損傷： NfL僅具體指示神經損傷的程度，由於不同疾病間水平重疊，不能用來診斷具體的病理實體。
- NfL在疾病階段中的不同應用：
- 預診斷與預後指標： 在神經退化性疾病的臨床前無症狀階段，NfL可作為診斷型生物標記；而在病程較晚階段，則主要用作預後標記，監控病情進展和治療反應。
- FDA對NfL做為治療反應標記的批准：
- 治療反應標記的核准： FDA基於治療期間血液NfL的縱向降低批准了tofersen用於治療與SOD1相關的肌萎縮性脊髓側索硬化症（ALS），這標誌著生物標記在調查新藥的監管批准中的價值轉變。
- NfL對開發早期治療介入的潛力：
- 提早檢測藥物效果： 在主要神經退化性疾病中，NfL在臨床症狀出現多年前就會升高，NfL的測量可提供早期治療介入的機會，當時神經系統的損傷尚限於較小範圍。
- 標準化NfL分析方法和數值的重要性： 為了實現NfL在臨床更廣泛的使用，現有和新興分析方法上的測量標準化和可比性將是關鍵步驟。
個人想法
- NfL 在中樞神經和周邊神經損傷都會升高，將來如何將來源分清楚是一太方向，不過如果結合臨床表現，已經知道懷疑的是CNS還是PNS的問題，或只是確定是否為神經系統的疾病，那目前的測定已經足以輔助臨床診斷。
- NfL最主要的問題是疾病的特異性不高，但對於早期診斷和追蹤疾病病程的效能上很好。
- 另一個大問題是年齡增加也會造成NfL上升，所以在年紀較大者不易判斷是否異常，年紀大若再加上腎功能不好，NfL的判定就更加困難。
- 神經疾病的臨床評估在藥物試驗中常常變化程度較小，而且需要非常長期使用之後才能在臨床上顯出療效，現在FDA開始接受以和疾病相關的生物標記做為認定療效的指標之一，而並不一定要有顯著的臨床症狀改變，此舉增快了神經疾病藥物的發展和上巿，在臨床上的效益可能就要在上巿後等較多患者長期使用之後才能得知。