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Resümee BBS Talk 2 Diagnose der Alzheimer Demenz - Chancen einer Blut-basierten Demenz-Frühdiagnostik
17.01.2022 - 16:23

Resümee BBS Talk 2
Diagnose der Alzheimer Demenz - Chancen einer Blut-basierten Demenz-Frühdiagnostik

Der Vortrag von Professor Doktor Jens Wiltfang, Direktor der Klinik und Fachvertreter für Psychiatrie und Psychotherapie der Universitätsmedizin Göttingen, beschreibt die Biomarker gestützte Früh- und Differentialdiagnostik der Alzheimerdemenz einerseits über internationale validierte Goldstandards wie die Liquor-basierte Demenzdiagnostik oder die Amyloid-PET basierte Demenzdiagnostik insbesondere liegt der Fokus aber auf der zukünftigen Blut-basierten Demenzdiagnostik [1].

Redaktion: Prime Public Media (PPM), Zürich

Bei konventioneller Demenzdiagnostik (neuropsychiatrisch-internistischer Untersuchungsbefund, Computer- oder Kernspintomographie, Neuropsychologie) können Frühstadien der AD nicht sicher genug erkannt werden, um präventive Therapieansätze gezielt einzusetzen. Zwischenzeitlich zeichnen sich allerdings erste pharmakologische präventive Behandlungsansätze ab. Die Liquor-basierte Demenzdiagnostik und das Amyloid-PET sind international für die prädiktive Diagnostik der drohenden Alzheimerdemenz gut validiert, aber entweder zu teuer oder nicht ausreichend minimal invasiv um weltweit grosse Präventionsstudien durchzuführen. Die Blut-basierte Demenzdiagnostik bietet hier eine innovative Alternative.

Routine-Diagnostik der Demenz

Für den Kliniker ist vor allem die Krankheitsvorgeschichte wichtig, insbesondere die Fremdanamnese. Aber auch die körperliche Untersuchung spielt eine Rolle und dabei sowohl der neuropsychiatrische als auch der internistische Befund. Des Weiteren können Neuropsychometrische Suchtests durch sogenannte Screeningverfahren erfolgen, wie beispielsweise MMST, DemTect, Depressionsabgrenzung (TFDD), Uhrentest (um frühe isolierte visuokonstruktive Defizite nicht zu überssehen). Sowie Routinetests im Blut, Hirnstromableitungen durch das EEG, die Blutflussmessung der grossen Hirngefäße durch die Doppler-Sonographie, gerade in Abgrenzung der Vaskulären Demenzen, und die Demenzbiomarker im lumbalen Liquor bei spezifischer Integration.

Die Bildgebung des Neuroimaging erfolgt über die Computertomographie oder Kernspintomographie; bei spezieller Indikation kann auch das schon lange etablierte Glukose-PET oder das seit kurzem zur Verfügung stehende Amyloid-PET angewandt werden. Zu erwähnen ist an dieser Stelle, dass bei einer Kernspintomographie eingeteilt über die Schelten Skala, die frühe hippokampale Atrophie prototypisch ist, welche interindividuell jedoch sehr variabel ist. Ein unauffälliges Kernspintomogramm schliesst die frühe AD daher nicht aus. In 20% der Fälle ist selbst im frühen Demenzstadium die Kernspintomographie noch unauffällig.

Liquor-basierte Frühdiagnostik der Alzheimer-Demenz

Studien haben gezeigt, dass Liquor-Biomarker nützlich sein können, um eine beginnende Alzheimer-Krankheit bei Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI) zu identifizieren. Laut einer Studie aus Schweden haben Patienten mit AD-typischem Biomarkermuster im Liquor (Quotient Abeta 42/40, Gesamt-Tau und Phospho-Tau 181) und leichter kognitiver Beeinträchtigung ein Risiko von etwa 90% innerhalb der nächsten Jahre eine AD zu entwickeln. Die Bestimmung des Quotienten Abeta 42/40 ist diagnostisch deutlich zuverlässiger als die isolierte Messung von Abeta 42. Die diagnostische Zuverlässigkeit der Liquor-basierten Demenzdiagnostik (Abeta-Pepide plus Tau-Proteine) liegt bei mindestens 80% [2]. Darüber hinaus kann mit dem Amyloid-PET, dem so genannten Pittsburgh Compound-B (PIB), typisch histopathologische Veränderungen wie Amyloidablagerungen sichtbar gemacht werden [3]. Zwischenzeitlich werden auch international kommerzielle F18-markierte Tracer für das Amyloid-PET eingesetzt. Der Abeta-Quoitent 42/40 im Liquor korreliert deutlich besser mit dem Amyloid-PET als Abeta 42 allein.

Aktuelle Entwicklungen und Risiken Blut-basierter Demenzdiagnostik

Seit 2017 hat sich die blutbasierte Früh- und Differentialdiagnose rasant entwickelt. Inzwischen kann eine blutbasierte Diagnose sowohl für die präklinische als auch für die prodromale Alzheimer-Krankheit durchgeführt werden. Darüber hinaus zeichnet sich eine blutbasierte Differenzialdiagnose von Demenzerkrankungen ab. Auch wenn diese Diagnostik zur Zeit noch hauptsächlich für Forschungsstudien genutzt wird, ist es absehbar, dass blutbasierte Demenzdiagnostik wahrscheinlich innerhalb von 1-2 Jahren genauso wie die Liquordiagnostik in die klinische Routinediagnostik eintreten wird. Das birgt natürlich auch Risiken weil aufgrund des sehr attraktiven Marktpotentials nicht ausreichend validierte Assays angeboten werden. Neuroimaging und Liquor-Demenz-Biomarker wurden 2017 von einer rasanten Entwicklung der Blut-basierten Demenzdiagnostik abgelöst. Kürzlich wurden weitere neue vielversprechende Phosho-Tau-Epitope im Blutplasma eingeführt (z. B. p-Tau 217/231).

Die Blut-basierte Demenzdiagnostik hat ein grosses Potenzial für die optimierte Entwicklung von Präventivbehandlungen, einschliesslich multimodaler nicht-pharmakologischer Präventivmassnahmen. Wichtig ist dabei, dass die präventive Intervention beginnt, bevor die molekulare Pathophysiologie den gesamten Neokortex erreicht hat - dies ist der Fall, wenn Alzheimer zum ersten Mal klinisch diagnostiziert wird. Dementsprechend sollten erfolgreiche Präventivmassnahmen bereits in der Präklinik ansetzen, was eine präklinische, durch Biomarker gestützte Diagnose erfordert.

Abeta-Peptide im Blutplasma

Die Gruppe um R. Bateman hat eine weitere massenspektrometrische Methode zur Messung des Verhältnisses Abeta 1-41/1-40 entwickelt, die auf einer Immunpräzipitation mit anschliessender enzymatische Verdauung der gereinigten Abeta-Peptide (kontrolliert durch Spiking mit isotopenmarkierten Abeta-Peptiden), einer reservierten Phasentrennung des verdauten Abeta-Peptids und einer Quantifizierung durch TANDEM MS (IP-LC-MS/MS) beruht (Abb. 1) [5]. Inzwischen wird dieser Test kommerziell angeboten und von der US-Amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) für die blutbasierte AD-Diagnostik zugelassen. Der Test ist jedoch sehr teuer und in den Routinelabors der klinischen Chemie schwer zu etablieren.

Ein weiteres Verfahren wurde von einer japanischen Arbeitsgruppe vorgestellt. Im ersten Schritt erfolgt wieder eine Immunpräzipitation in diesem Fall aber mit einem anders gelagerten massenspektrometrischen Nachweis. Die Identifizierung und Quantifizierung von Amyloid-beta-verwandten Peptiden in Humanplasma erfolgt mittels matrixunterstützter Laserdesorptions-/Ionisations-Flugzeit-Massenspektrometrie. Bei dieser Methodik wurde erstmals ein neues Fragment vorgestellt, das N-terminal verlängerte Abeta -3-40. Das N-terminal verlängerte Abeta -3-40 entspricht dem Abeta APP669-71, dass bereits 2014 durch Massenspektrometrie in menschlichem Blutplasma nachgewiesen wurde. Ein erhöhtes Blutplasma-Verhältnis Abeta -3-40/1-42 deutet auf präklinische AD hin [6].

Das verringerte Verhältnis Abeta 42/40 ist der international am besten validierte Abeta-Peptid-Blutmarker für Alzheimer-Demenz. Darüber hinaus wurde das erhöhte Verhältnis Abeta -3-40/1-42 bei früher und präklinischer Alzheimer-Demenz durch Immunpräzipitation und anschliessende massenspektrometrische Quantifizierung nachgewiesen. In der Zwischenzeit wurde ein Aβ-2step-Immunoassay zur Messung dieses neuen Verhältnisses entwickelt, was nicht auf der ansonsten eingesetzten Massenspektrometrie basiert, sondern ohne die Massenspektrometrie auskommt und deshalb leichter in Hochdurchsatz-Labore zu überführen ist [4].

Neuartiges Hochdurchsatz-Blut-Screening für die Frühdiagnose von Alzheimer

Das Aβ-2step-Immunoassay-Prinzip erfolgt in folgenden Schritten. Schritt 1: Anreicherung von Abeta-Peptiden aus menschlichem EDTA-Blutplasma: Immunpräzipitation mit funktionalisierten Magnetkügelchen, die mit einem Antikörper gegen den N-Terminus von Abeta dekoriert sind. Es folgt eine neuartige Abeta-Elutionsmethode, die direkt mit Second-Step-Immunoassays kompatibel ist. Schritt 2: Die Äquivalente werden mit Probenverdünner verdünnt, mit dem Multiplex Sandwich Aβ Immunoassay (MesoScale) oder anderen Abeta-Immunoassay-Plattformtechnologien (Elecsys, Simoa) analysiert und die Abeta-Peptid-Konzentrationsverhältnisse berechnet. Es handelt sich dabei um eine automatisierte (robotergestützte) Immunpräzipitation. Interassay-Variationskoeffizient des Abeta-42/40-Verhältnisses, gemessen bei AD-Patienten und Kontrollen (n=80) mit Hilfe der robotischen IP (CyBio FeliX) und anschliessender Immunarray-Quantifizierung (MesoScale-Plattform). Alle gemessenen Konzentrationen der Abeta-Peptide lagen über der unteren Grenze der Quantifizierung. Die ROC AUC für den Vergleich zwischen AD und Krankheitskontrollen betrug 0,85 und 0,86 bei der Validierung. Mittlerer Inter-Assay-Variationskoeffizient 5,00% (min-max: 1,09-9,78%).

Die Zuverlässigkeit dieser Methodik wurde in einer weiteren Studie bestätigt, die darüber hinaus zeigt, dass das N-terminal verlängerte Abeta-3-40 auch von Astro- und Mikroglia gebildet und durch neuartige Nicht-BACE-Beta-Senretasen endoproteolytisch von APP abgespalten wird. Eine starke, durch Glia vermittelte Neuroinflammation wird bis zu 15 Jahre vor der klinischen Manifestation der Alzheimer-Krankheit beobachtet, was den von Kaneko et al. beobachteten frühen präklinischen Anstieg des Verhältnisses beta-3-40/1-42 erklären könnte. Ebenso konnte eine Korrelation von Blutplasma Abeta 42/40 mit Goldstandard-Biomarkern für AD nachgewiesen werden (Tab. 1) [4].

Noch unveröffentlichte Daten aus der sogenannten DELCODE Studie des Deutschen Zentrums für neurogenerative Erkrankungen. 60% der DELCODE-Patienten befinden sich in präklinischen/prodromalen Stadien. Bei 780 Patienten wurden die Abeta-Peptide im Blut gemessen. Eine Unterkohorte von 377 Patienten wurde anhand des Abeta-Verhältnisses 42/40 im Liquor auf molekulare Anzeichen von Alzheimer hin dichotomisiert. Die ROC-AUC für das Abeta-Peptid-Verhältnis 42/40 betrug 0,81 und 0,87 bei Stratifizierung nach ApoE-e4.

Blutplasma Phospo-Tau-Assays

Neuartige, hochempfindliche Immunoassays ermöglichen die Messung phosphorylierter Tau-Epitope im Blutplasma. Am vielversprechendsten sind derzeit phospho-Tau 181, hospho-Tau 217 und hospho-Tau 231. Plasma-Phospho-Tau 181 weist bei Alzheimer eine 1,5- bis 3,5-fach erhöhte Konzentration im Vergleich zu Kontrollen auf. Die Effektgrösse der Phospho-Tau-Plasmakonzentrationen bei Alzheimer ist ausgeprägter als bei den Abeta-Peptiden. Darüber hinaus weisen die Plasma-Phospho-Tau-Epitope eine enge Korrelation mit den Goldstandard-Biomarkern der Alzheimer-Krankheit auf, am deutlichsten bei TAU-PET.

Eine Studie aus der multizentrischen BioFINDER Kohorte aus Schweden hat P-tau 217 und NfL im Blutplasma gemessen. Untersucht wurden 150 kognitiv nicht beeinträchtigte Patienten sowie Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung. Die Ergebnisse zeigen, dass P-tau 217 im Plasma während der frühen Alzheimer-Krankheit zunimmt und zur Überwachung des Krankheitsverlaufs verwendet werden kann [7]. Dass diese Phospho-Tau-Veränderung auch Differenzialdiagnostisch zu nutzen sind, konnte ebenfalls in der BioFINDER Studie gezeigt werden. Denn beim isolierten Parkinsonsyndrom findet sich kein Anstieg von P-tau 217 im Plasma, auch bei rein vaskulärer Demenz, während es beim prodromalen oder präklinischen Stadium der Alzheimerdemenz oder der frühen Alzheimerdemenz ganz klare Anstiege gibt. Die Blut-basierte Demenzdiagnostik ist demnach nicht nur für die Diagnostik der drohenden Alzheimerdemenz zu nutzen, um gezielt präventiv behandeln zu können, sondern sie liefert auch Hinweise zur Differentialdiagnostik und kann somit zur Abgrenzung anderer Demenzformen hilfreich sein [8].

Take-Home-Messages

- Der erste kommerzielle Beta-Peptid-Blutplasmatest (FDA-zugelassen) steht zur Verfügung. Dieser Test ist jedoch teuer und nicht mit der klinisch-chemischen Routinediagnostik mit hohem Durchsatz kompatibel.

- Die Effektgrösse von Abeta-Blutplasma-Assays beträgt nur <20% (Liquor: zugelassen. 50%); dementsprechend sollten vielversprechende (zuverlässige) Abeta-Peptid-basierte Blutplasma-Assays ausgezeichnete Qualitätsstandards realisieren, z.B. mit einer Variationsbreite von unter 10%.

- Zusammengesetzte Blutplasma-Assays, die das Abeta-Peptid-Verhältnis 42/40 (stratifiziert für ApoE-e4) plus Phospho-Tau-Epitope (z. B. p-Tau 231) kombinieren, sind vielversprechend und bieten eine diagnostische Genauigkeit von über 80 % für präklinische und prodromale AD.

- Ausblick: Die Kombination von zusammengesetzten Blutplasma-Assays mit kognitiven Screening-Tests wird ein neuartiges, leistungsfähiges Screening-Instrument bieten, um den Screening-Fehler für präklinische/prodromale Alzheimer-Erkrankungen (auf ca. 20 %) vor der Aufnahme in krankheitsmodifizierende präventive Behandlungsstudien zu reduzieren

Abbildung 1: ROC-Kurve

ROC-Kurve

Die Analyse der ROC-Kurve unter Verwendung des durchschnittlichen Verhältnisses der Plasma-Abeta 42/Abeta 40-Konzentration über 24 Stunden zeigt eine AUC von 0,8865, was darauf hindeutet, dass dieser Assay eine gute Genauigkeit als diagnostischer Test zum Nachweis von Amyloidose aufweist.

Quelle nach [5].

Tabelle 1: Korrelation von Blutplasma Abeta 42/40 mit Goldstandard-Biomarkern für AD

Korrelation von Blutplasma Abeta 42/40 mit Goldstandard-Biomarkern für AD

Quelle nach [4].

Literatur:
1. Wiltfang, Jens: Diagnose der Alzheimer Demenz. Chancen einer Blut-basierten Demenz-Frühdiagnostik. BBS Talk zu dem Thema „Update Demenz“ 2021.
2. Hansson et al.: Association between CSF biomarkers and incipient Alzheimer's disease in patients with mild cognitive impairment: a follow-up study. Lancet Neurol 2006, doi: 10.1016/S1474-4422(06)70355-6.
3. Klunk et al.: Imaging brain amyloid in Alzheimer's disease with Pittsburgh Compound-B. Ann Neurol 2004, doi: https://doi.org/10.1002/ana.20009.
4. Klafki et al: Development and Technical Validation of an Immunoassay for the Detection of APP669–711 (Aβ−3–40) in Biological Samples. Int J Mol Sci 2020, doi: 10.3390/ijms21186564.
5. Ovod et al.: Amyloid β concentrations and stable isotope labeling kinetics of human plasma specific to central nervous system amyloidosis. Alzheimers Dement 2017, doi: 10.1016/j.jalz.2017.06.2266.
6. Kaneko et al.: Identification and quantification of amyloid beta-related peptides in human plasma using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci 2014, doi: 10.2183/pjab.90.104.
7. Mattsson-Carlgren et al.: Longitudinal plasma p-tau217 is increased in early stages of Alzheimer's disease. Brain 2020, doi: 10.1093/brain/awaa286.
8. Palmqvist et al.: Discriminative Accuracy of Plasma Phospho-tau217 for Alzheimer Disease vs Other Neurodegenerative Disorders. JAMA 2020, doi: 10.1001/jama.2020.12134.