3. Otras proteínas como biomarcadores asociados a la enfermedad de Alzheimer

3.1. Neurodegeneración (cadena ligera de neurofilamentos)

La NfL es una proteína de andamiaje axonal. Los neurofilamentos son esenciales tanto para el crecimiento como para la estabilidad de los axones y también para la organización y la función sináptica en el SNC. La NfL ha sido clasificada como una alternativa “N” en el marco “ATN”. Los avances tecnológicos como el desarrollo de la tecnología ultrasensible SIMOA han permitido medir la concentración de NfL en muestras de sangre. La NfL plasmática elevada puede anticipar la neurodegeneración cerebral, que aumenta y se correlaciona con la futura atrofia, hipometabolismo y deterioro cognitivo Mankhong S, Kim S, Lee S, Kwak HB, Park DH, Joa KL, Kang JH. Development of Alzheimer's Disease Biomarkers: From CSF- to Blood-Based Biomarkers. Biomedicines. 2022 Apr 5;10(4):850. [Pubmed][2]        Teunissen CE, Verberk IMW, Thijssen EH, Vermunt L, Hansson O, Zetterberg H, et al. Blood-based biomarkers for Alzheimer's disease: towards clinical implementation. Lancet Neurol. 2022 Jan;21(1):66-77. [Pubmed][4]       . De este modo, la NfL en plasma podría considerarse un biomarcador en sangre para la detección y el seguimiento de la neurodegeneración en la EA.

Cabe señalar que el aumento de NfL periférica en la sangre y en el LCR no es específico de la EA y todavía se desconocen los mecanismos asociados a su liberación y tráfico desde el SNC a la sangre periférica. Los resultados más relevantes obtenidos mediante la tecnología SIMOA en relación con la NfL como biomarcador en sangre se describen en detalle en la lección 3 de este módulo.

3.2. Biomarcadores gliales

Las neuronas no pueden sobrevivir sin el apoyo de las células gliales y se han sugerido varios biomarcadores de la EA en el LCR y la sangre que se originan a partir de células gliales.

3.2.1. Biomarcadores asociados a los astrocitos

Los astrocitos son un tipo de célula glial del SNC con funciones diversas y vitales, incluidas la participación en la modulación de la actividad neuronal y la transmisión sináptica, la sinaptogénesis, la homeostasis de iones, el control de la barrera hematoencefálica (blood-brain barrier –BBB–) y la comunicación inter- e intracelular.

En situaciones patológicas como en la EA, los astrocitos sufren una serie de alteraciones morfológicas y funcionales que dan lugar a lo que se denominan astrocitos reactivos. Los astrocitos reactivos sobreexpresan proteínas específicas que pueden ser liberadas en el compartimento extracelular, que posteriormente se pueden medir en el LCR de individuos vivos. Entre los biomarcadores más relevantes indicadores de la reactividad de los astrocitos en el LCR se encuentran la proteína ácida fibrilar glial (GFAP) y la proteína 1 similar a quitinasa-3 (YKL-40) (Figura 2) –revisado en Carter SF, Herholz K, Rosa-Neto P, Pellerin L, Nordberg A, Zimmer ER. Astrocyte Biomarkers in Alzheimer's Disease. Trends Mol Med. 2019 Feb;25(2):77-95. [Pubmed][10]         –.

La GFAP es una proteína del citoesqueleto de los astrocitos que juega un papel importante en la activación y la degeneración astrocítica. Las concentraciones de GFAP en plasma y suero están elevadas en individuos dentro del continuo clínico de la EA y en otras enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis múltiple –revisado en Carter SF, Herholz K, Rosa-Neto P, Pellerin L, Nordberg A, Zimmer ER. Astrocyte Biomarkers in Alzheimer's Disease. Trends Mol Med. 2019 Feb;25(2):77-95. [Pubmed][10]         –.

Otro biomarcador del LCR es la proteína YKL-40, que se sobreexpresa en un subconjunto de astrocitos en la EA. El papel fisiológico exacto de YKL-40 en el SNC no está claro, pero se cree que está involucrada en la activación del sistema inmunitario innato. En pacientes con la EA, YKL-40 está elevada en el LCR incluso en etapas tempranas y correlaciona con p-tau y t-tau en el LCR –revisado en Carter SF, Herholz K, Rosa-Neto P, Pellerin L, Nordberg A, Zimmer ER. Astrocyte Biomarkers in Alzheimer's Disease. Trends Mol Med. 2019 Feb;25(2):77-95. [Pubmed][10]         –.

Un trabajo publicado recientemente indica que los niveles de GFAP en el LCR, además de estar elevados, se asocian con una carga elevada de Aβ por PET, pero no de tau. Por el contrario, los niveles más altos de YKL-40 en el LCR se asocian con una carga elevada de tau por PET, pero no con una carga de Aβ. Además, un estudio estructural realizado mediante un modelo ha indicado que GFAP e YKL-40 en el LCR median los efectos de Aβ y tau, respectivamente, en la atrofia del hipocampo, que se asocia además con el deterioro cognitivo Ferrari-Souza JP, Ferreira PCL, Bellaver B, Tissot C, Wang YT, Leffa DT, et al. Astrocyte biomarker signatures of amyloid-β and tau pathologies in Alzheimer's disease. Mol Psychiatry. 2022 Nov;27(11):4781-9. [Pubmed][11]         . El daño astrocítico podría comenzar durante la etapa presintomática de la EA y se asocia con la carga de amiloide inicialmente.

Sin embargo, hay que indicar que el GFAP podría ser un potencial biomarcador de otros tipos de demencia, porque los astrocitos no solo participan en la fisiopatología de la EA.

3.2.2. Biomarcadores asociados a la microglía

La microglía son las células inmunitarias principales del SNC y juegan un papel fisiológico clave en el mantenimiento de su homeostasis. Son células que están estrechamente relacionadas con la patología amiloide y tau, la neuroinflamación y la sinapsis, y se han propuesto varios biomarcadores que se asocian con la microglía (Figura 3).

Uno de los genes de riesgo de la EA, el receptor desencadenante expresado en las células mieloides 2 (TREM2) se expresa principalmente en la superficie de la microglía. La escisión de TREM2 por metaloproteinasa libera TREM2 soluble (sTREM2), que aumenta en el continuo de la EA, en comparación con controles sanos –revisado en Zhang PF, Hu H, Tan L, Yu JT. Microglia Biomarkers in Alzheimer's Disease. Mol Neurobiol. 2021 Jul;58(7):3388-404. [Pubmed][12]         –. Así, sTREM2 en biofluidos es un biomarcador potencial de la EA que refleja la activación microglial en el cerebro con la EA.

CX3CL1 (también conocida como fractalcina) y progranulina (PRGN) también se han propuesto como otros biomarcadores microgliales de la EA, aunque los resultados son controvertidos. Los cambios en CX3CL1 a lo largo de las etapas de la EA son dinámicos y posiblemente reflejan los distintos roles de la microglía en la progresión de la EA. Dado que el cerebro de la EA tiene baja capacidad lisosomal y autofágica, la elevación de PRGN en la EA puede ser un evento temprano en la progresión de la neuropatología –revisado en Zhang PF, Hu H, Tan L, Yu JT. Microglia Biomarkers in Alzheimer's Disease. Mol Neurobiol. 2021 Jul;58(7):3388-404. [Pubmed][12]         –.

La relevancia clínica de los biomarcadores gliales en la EA debe evaluarse más a fondo y queda por esclarecer la asociación con los criterios de diagnóstico ATN.

3.2.3. Biomarcadores sinápticos

Las sinapsis son el lugar de comunicación cerebral donde la información se transmite entre las neuronas y son imprescindibles para la formación de la memoria. La degeneración sináptica es un evento patológico temprano en la EA que se manifiesta por la reducción de las proteínas pre- y postsináptica, y es lo que mejor se correlaciona con el deterioro cognitivo. La evaluación de las proteínas sinápticas en el LCR, que pueden reflejar disfunción en pacientes con trastornos cognitivos, es un área de gran interés. En la actualidad, la investigación está centrada en la detección de la patología sináptica del LCR para mejorar el diagnóstico de la EA en una etapa temprana, así como para monitorizar la progresión clínica.

Hoy por hoy y asociados a la EA, se han destacado 3 biomarcadores presinápticos, la proteína 43 asociada al crecimiento (GAP-43), la proteína 25 asociada a sinaptosomas (SNAP-25) y la sinaptotagmina-1, y un biomarcador postsináptico, la neurogranina (NGRN) (Figura 4) –revisado en Camporesi E, Nilsson J, Brinkmalm A, Becker B, Ashton NJ, Blennow K, Zetterberg H. Fluid Biomarkers for Synaptic Dysfunction and Loss. Biomark Insights. 2020 Aug 21;15:1177271920950319. [Pubmed][13]         –.

La proteína GAP-43 interactúa con la sinaptofisina y SNAP-25, facilitando el reciclaje de vesículas sinápticas. Los niveles de GAP-43 en el LCR aumentan significativamente en pacientes preclínicos y con EA en comparación con controles. Asimismo, los niveles alterados de GAP-43 en el LCR también se han detectado en la esclerosis múltiple progresiva, en inflamación, en accidentes cerebrovasculares y en enfermedad de Parkinson, pero no en demencia frontotemporal –revisado en Camporesi E, Nilsson J, Brinkmalm A, Becker B, Ashton NJ, Blennow K, Zetterberg H. Fluid Biomarkers for Synaptic Dysfunction and Loss. Biomark Insights. 2020 Aug 21;15:1177271920950319. [Pubmed][13]         –.

La proteína SNAP-25, junto con las proteínas de membrana asociadas a vesículas (VAMP) y sintaxinas, forma los complejos SNARE, que median el anclaje de las vesículas sinápticas a la membrana presináptica, permitiendo así la fusión de vesículas mediada por calcio durante la exocitosis. Se han detectado niveles elevados de SNAP-25 en el LCR en la EA, incluso en etapas muy tempranas. También se encuentra elevada en pacientes de Parkinson y pacientes con la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD) esporádica y se ha asociado con varias enfermedades psiquiátricas como trastorno por déficit de atención con hiperactividad, esquizofrenia y trastorno bipolar –revisado en Camporesi E, Nilsson J, Brinkmalm A, Becker B, Ashton NJ, Blennow K, Zetterberg H. Fluid Biomarkers for Synaptic Dysfunction and Loss. Biomark Insights. 2020 Aug 21;15:1177271920950319. [Pubmed][13]         –.

La sinaptotagmina-1 es una proteína asociada a vesículas que, en respuesta a la unión de calcio a concentraciones elevadas, desencadena la fusión de vesículas presinápticas. Aunque inicialmente se publicó que sus niveles en el LCR podían estar reducidos en la EA, trabajos más recientes confirman que la concentración de sinaptogamina-1 es significativamente mayor en pacientes con EA y DCL.

La NGRN es una proteína postsináptica que se expresa principalmente en la corteza cerebral, el hipocampo, la amígdala y el cuerpo estriado. Los niveles de NGRN están elevados en el LCR de pacientes con EA en comparación con controles. Este aumento parece ser específico para la EA, ya que el LCR de los pacientes con otras enfermedades neurodegenerativas, a excepción de CJD, no muestran tal aumento. También se ha demostrado que el aumento de la NGRN en el LCR durante la EA prodrómica podría ser predictivo de una progresión más rápida hacia la EA –revisado en Camporesi E, Nilsson J, Brinkmalm A, Becker B, Ashton NJ, Blennow K, Zetterberg H. Fluid Biomarkers for Synaptic Dysfunction and Loss. Biomark Insights. 2020 Aug 21;15:1177271920950319. [Pubmed][13]         –.

Los biomarcadores sinápticos podrían vincular la degeneración sináptica con el estado cognitivo y el declive del paciente, y podrían implementarse junto con pruebas cognitivas para tener una idea más precisa de los síntomas del paciente, especialmente en las etapas iniciales. Sin embargo, estos biomarcadores no amiloides parecen no ser específicos de la EA y, por lo tanto, son probablemente complementarios de los biomarcadores de referencia de la EA para la determinación de la patología amiloide o de neurodegeneración.