Marcadores diagnosticos de Enfermedad de Alzheimer

INTRODUCCIÓN

            La enfermedad de Alzheimer (EA) es la demencia neurodegenerativa más frecuente en países desarrollados. Se ha demostrado que las primeras alteraciones biológicas de la enfermedad se inician décadas antes de la aparición de los primeros síntomas, lo que supone un gran avance en el conocimiento de la enfermedad y para obtener marcadores biológicos in vivo. Los actuales criterios diagnósticos de investigación propuestos para EA permiten realizar un diagnóstico precoz en fase prodrómica y etiológico, apoyándose en marcadores biológicos objetivos. La necesidad de iniciar tratamientos en fases muy iniciales ha enfatizado que la detección precoz es esencial.

            La EA se caracteriza por depósitos de amiloide, ovillos neurofibrilares, y pérdida neuronal y sináptica. Las zonas afectas inicialmente son el hipocampo y el córtex entorrinal, y posteriormente áreas de asociación corticales. Además, hay una pérdida neuronal subcortical en el núcleo basal de Meynert y el locus coeruleus. A medida que progresa la degeneración neurofibrilar y los depósitos de amiloide, se alcanza el umbral para que aparezcan los primeros síntomas clínicos. Cuando el deterioro cognitivo progresa e interfiere con el funcionamiento social y ocupacional, se alcanza la fase de demencia. Los criterios propuestos por Dubois permiten realizar el diagnostico de EA en fase sintomática predemencia o prodrómica, al añadir a la presencia de síntomas clínicos determinados biomarcadores (atrofia temporal medial evaluada mediante RM, concentraciones anormales de tau o betaaamiloide en LCR, hipometabolismo temporoparietal o detección de betaamiloide evaluada mediante PET). La presencia de deterioro significativo de la memoria episódica, independientemente del grado de pérdida funcional, junto con la presencia de al menos un biomarcador anormal son suficientes para el diagnóstico de enfermedad de Alzheimer probable. La presencia de una mutación autosómica dominante en cualquiera de los genes descritos que producen EA en un paciente sintomático implicaría el diagnóstico de EA definitiva.

            Un biomarcador es un indicador utilizado para valorar riesgo o presencia de una enfermedad. Los criterios para un biomarcador ideal en EA propuestos en 1998 establecían que debía detectar hallazgos neuropatológicos de la enfermedad y tener sensibilidad y especificidad mayor del 80%. Además debía ser reproducible, fiable, no invasivo, sencillo de realizar y con coste bajo. Se han estudiado diversos biomarcadores en EA, marcadores genéticos, biomarcadores en plasma y líquido cefalorraquídeo (LCR) y marcadores de neuroimagen.

 

MARCADORES GENÉTICOS

            La EA monogénica, determinada genéticamente por alteración de genes causantes de la enfermedad, se produce por mutaciones en tres genes: el gen de la proteína precursora de amiloide (APP) en el cromosoma 21, el gen de la presenilina 1 (PSEN1) en el cromosoma 14 y el gen de la presenilina 2 (PSEN2) en el cromosoma 1. Las mutaciones en el gen APP representan el 10-20% de los casos familiares de EA de inicio precoz con patrón de herencia autosómico dominante. Además de mutaciones puntuales, se han descrito duplicaciones del gen. El gen de la PSEN1 es responsable del 30-70% de los casos familiares con patrón autosómico dominante. Las mutaciones del gen PSEN2 son las menos frecuentes, menos del cinco por cien de todas las mutaciones de EA descritas. La detección de mutaciones en estos genes permite el diagnóstico de EA definitivo en vida y posibilidad de realizar diagnóstico presintomático en familiares sanos pertenecientes a estas familias.

            La mayoría de los casos de EA son esporádicos. La EA poligénica, en la que polimorfismos de ciertos genes actuarían como factores de riesgo, representa la mayoría de pacientes con EA y en ella están implicados genes de susceptibilidad con interacciones con factores ambientales. El principal factor de riesgo genético para EA de inicio tardío es el alelo ε4 del gen de la APOE (cromosoma 19), que tiene tres alelos (ε2, ε3 y ε4). El alelo ε3 y el genotipo ε3/ ε3 son los más frecuentes en la población (en un 80%). El alelo ε4 está presente en el 15% de la población europea y el ε2 es el más infrecuente. El alelo ε4 está sobrerepresentado en pacientes con EA, comparado con controles. Esto se observó en EA tardía familiar y después también en EA esporádica. Como grupo, las personas con alelo ε4 tienen un riesgo mayor de padecer EA respecto a las que no lo poseen. Hay un efecto dosis-dependiente: la presencia de un alelo ε4 se asocia con un riesgo moderado (odds ratio: 2,2-4,4) y la presencia de dos, con riesgo elevado (odds ratio: 5,1-17,9). No obstante, algunos portadores de APOE ε4 sobreviven hasta edades avanzadas sin padecer trastorno cognitivo. La presencia de ε4 también afecta a la edad de inicio de la enfermedad: los portadores de ε4 tienen una edad de inicio más precoz y los de ε2 más tardía. Al no ser necesario ni suficiente para ocasionar EA, la EFNS (European Federation of Neurological Associations) no recomienda el análisis de APOE en la práctica rutinaria del diagnóstico de EA. No obstante, el genotipo APOE es una variable importante en ensayos clínicos para evitar un sesgo genético y evaluar el efecto del genotipo sobre las variables de eficacia. El alelo ε4 se encuentra también con más frecuencia en pacientes con deterioro cognitivo leve (DCL) y se asocia a mayor riesgo de conversión a EA. En algunos estudios, dicha asociación no alcanza significación estadística o se asocia a conversión en el grupo de DCL de mayor edad. Las diferencias pueden explicarse por los criterios de DCL utilizados y que no todos los estudios tienen como objetivo principal analizar la influencia de APOE sobre la progresión del DCL.

            Estudios de asociación del genoma completo GWAS han sugerido que variaciones en los genes clusterina (CLU), phosphatidylinositol binding clathrin assembly protein (PICALM), brindging integrator (BIN1) y complement component (3b/4b) receptor 1 (CR1) también estarían implicados en el riesgo de desarrollar EA, aunque su efecto genético sería modesto. Se ha descubierto una mutación en el gen de la proteína precursora de amiloide (APP) que reduce la producción de betaamiloide y que actúa como factor protector para EA. Se ha descrito recientemente el gen TREM2 en casos de EA. Aunque su frecuencia es muy baja en todas las poblaciones estudiadas, su riesgo es comparable al alelo ε4 del gen ApoE, el principal factor de riesgo para EA esporádica. También se ha identificado el primer gen asociado al mecanismo de consumo energético del cerebro y al riesgo de sufrir EA, el ATP5H/KCTD2.

 BIOMARCADORES EN LCR Y PLASMA

            Los cambios degenerativos en la EA se inician años antes del inicio de los primeros síntomas. Incluyen cambios en metabolismo de la proteína precursora de amiloide (APP), fosforilación de proteína tau, estrés oxidativo e inflamación y desregulación del metabolismo lipídico. El LCR refleja la composición del espacio extracelular cerebral y es el fluido con rendimiento más alto desde el punto de vista de biomarcadores; sin embargo, no se obtiene LCR de forma rutinaria en la práctica clínica en pacientes con demencia. La identificación de un marcador en plasma permitiría su determinación de forma más rápida, más aplicable, y reduciría la necesidad de una prueba invasiva como la punción lumbar, pero la fisiología de la barrera hematoencefálica limita el potencial de un posible biomarcador en plasma.

1.- EN LCR

            El perfil de biomarcadores de EA en el LCR se caracteriza por disminución de la concentración de Aβ ₄₂ y un aumento de tau fosforilada.

El péptido Aβ es el principal componente de las placas de amiloide de los cerebros con EA. El amiloide que se encuentra en las placas está en estado insoluble y altamente agregado. Este péptido se genera por un procesamiento proteolítico a partir de la APP lo que da lugar a péptidos de diferentes longitudes, siendo la forma predominante Aβ₄₀. Un 10% de las especies de amiloide, están formadas por Aβ₄₂ , de longitud mayor y mayor tendencia a formar fibrillas y depósitos insolubles. La disminución de Aβ₄₂  en LCR probablemente refleje el acumulo de Aβ₄₂  en el cerebro, existiendo buena correlación entre niveles de Aβ₄₂  en LCR y PET marcado con componente de Pittsburgh. Las personas con una cognición normal tienen un descenso de la concentración de Aβ₄₂  en LCR con la edad, mayor en portadores del ε4 de APOE, que se iniciaría décadas antes de la edad de inicio habitual de la EA. En pacientes presintomáticos portadores de mutaciones en gen de PSEN1, niveles de Aβ₄₂ en LCR se correlacionan con la edad ajustada (diferencia entre edad media de los síntomas en la familia y edad actual del paciente), llegando a un “efecto suelo” cuando aparecen los primeros síntomas. En general, los estudios no muestran diferencias en niveles de Aβ₄₀ en LCR en EA o DCL respecto a controles Hay asociación entre la alteración de biomarcadores en LCR e hipometabolismo en 18F-fluorodesoxiglucosa PET (18F-DDG-PET) en áreas afectas en estadios iniciales de EA.

            En pacientes con DCL, la mayoría de estudios muestra niveles de Aβ₄₂ en LCR intermedios entre EA y controles. En estudios longitudinales, pacientes con DCL progresivo muestran niveles de Aβ₄₂ en LCR menores que aquellos con DCL estable, aunque la sensibilidad para diferenciar ambos grupos es reducida. La precisión aumenta si se combina Aβ₄₂ con T-tau (proteina tau total) o P-tau (proteina tau fosforilada), aunque existe un gran solapamiento entre los grupos.

            Otros biomarcadores relacionados con los hallazgos neuropatológicos de EA son las proteínas T-tau y P-tau, que reflejan degeneración neuronal y daño cerebral y se alteran con posterioridad a la alteración de Aβ₄₂. La proteína tau se localiza en los axones neuronales y es esencial para la estabilización y mantenimiento de los microtúbulos. Se han estudiado los niveles de T-tau y P-tau en LCR en EA y DCL. En EA se ha observado aumento de los niveles totales de tau (del orden de 3 veces) en LCR respecto a controles. Sin embargo, su especificidad es reducida e incrementos similares pueden observarse en otras demencias. La medición de P-tau en LCR en EA ha mostrado niveles aumentados respecto a controles, con sensibilidad del 80% y especificidad del 92% para detectar EA. Los niveles de t-tau y p-tau se encuentran aumentados en pacientes con DCL que progresan, comparado con los que permanecen estables, y la sensibilidad para diferenciar ambos grupos es alta, aunque con especificidad baja. La combinación de la medición de tau total y Aβ₄₂ en LCR permite aumentar la precisión diagnóstica para predecir el desarrollo de demencia.

            Recientemente se ha identificado otro posible biomarcador en LCR, una disminución de los niveles de ADN mitocondrial.

            Existen ciertas limitaciones para que el estudio de biomarcadores en LCR se convierta en una prueba diagnóstica rutinaria. La punción lumbar es una técnica invasiva, los puntos de corte de los biomarcadores pueden variar de un laboratorio a otro, en relación con factores relacionados con la recogida o manejo y almacenamiento de la muestra. Se ha establecido la necesidad de un proceso de estandarización de metodología y análisis de la muestra e interpretación de resultados.

2.- EN PLASMA

            Algunos estudios epidemiológicos mostraron que niveles elevados de homocisteína se asocian a aumento del riesgo de demencia. Sin embargo, los niveles en pacientes con EA no difieren al compararlos con otras enfermedades neurodegenerativas ni parecen influir en la evolución clínica.

            Existe un cambio en el ratio entre isoformas de la APP determinadas en plaquetas en EA. La sensibilidad y especificidad en el diagnóstico de EA es del 88% y 89%, respectivamente. La alteración de este ratio parece ser un evento temprano al demostrarse alterada en pacientes con DCL.

            Los casos de EA familiar causada por mutaciones en genes de presenilinas o APP tienen niveles plasmáticos elevados de Aβ₄₂, igual que los pacientes con síndrome de Down. Se pensó que los niveles de Aβ₄₂ pudieran ser útiles en diagnóstico de EA esporádica, pero estudios transversales y longitudinales mostraron que no permiten detectar diferencias con los controles. Diversos estudios muestran que no hay buena correlación entre niveles de Aβ  en plasma y LCR, ni con depósitos de Aβ  cerebral. También se ha sugerido que los niveles de Aβ₄₀ en plasma se comportarían como un marcador de daño vascular y se correlacionarían con lesiones de la sustancia blanca cerebral e infartos lacunares en EA, DCL o angiopatía amiloide. Resultados contradictorios sobre el valor de estos biomarcadores podrían deberse a dificultades técnicas en su análisis en plasma, ya que se unen con gran facilidad a proteínas plasmáticas y sufren oligomerización. Otra posibilidad es que niveles de Aβ₄₀ y Aβ₄₂ en plasma varíen en diferentes estadios y con la progresión, por lo que es importante el momento de extracción de la muestra.

En la actualidad no existe suficiente evidencia para utilizar en la práctica clínica ningún biomarcador plasmático para la EA.

MARCADORES DE NEUROIMAGEN

            Un marcador de imagen debe ser capaz de detectar cambios relacionados con el proceso neurodegenerativo, describiendo su aparición y fases o estadios.  Además de la TC cerebral y la RM convencional, en las últimas décadas, con el avance en la investigación de tratamientos, es necesaria mayor precisión en el diagnóstico, por lo que han surgido nuevas técnicas de neuroimagen.

            Las estructuras del lóbulo temporal medial, hipocampo y córtex entorrinal, son esenciales para el desarrollo de la memoria normal, y se afectan precozmente en EA. Estudios con RM cuantitativa señalan que la atrofia hipocampal se inicia con anterioridad al inicio de los síntomas y aumenta con la progresión. Los pacientes con EA tienen un volumen hipocampal reducido y éste, en pacientes con DCL, aumenta el riesgo de conversión a EA. Otras regiones estudiadas con RM cuantitativa son el córtex entorrinal, el surco temporal superior y el cíngulo anterior. Estas regiones están reducidas en EA y su medición combinada en pacientes con DCL permite discriminar conversores a EA con una precisión del 75%. Algunos estudios obtuvieron resultados menos claros por la dificultad de medir regiones anatómicas de tamaño reducido. La RM volumétrica requiere disponer de programas especiales y, debido a la falta de una técnica de medición automática, su análisis lleva mucho tiempo y es difícil de aplicar en la práctica clínica. En cambio, las escalas visuales semicuantitativas de la región medial del lóbulo temporal, fáciles de aplicar, tienen una precisión de hasta el 80-90% para detectar cambios. Estas escalas, en pacientes con DCL, son útiles para predecir conversión. Estudios longitudinales con RM seriadas presentan, en EA, una tasa de atrofia cerebral aumentada, y en pacientes con DCL conversores, una mayor tasa de atrofia global y, en algunos estudios, también de estructuras temporales mediales. Estos datos son consistentes con los observados en presintomáticos de EA familiar por mutaciones en gen de presenilina 1, que presentan tasas de atrofia hipocampal y hemisférica aumentadas que se detectan hasta 3,5 años antes del inicio de síntomas. Estudios con RM seriadas muestran correlación entre tasa de atrofia hipocampal y deterioro de la función mnésica.

            Un método para medir la atrofia cerebral automatizada es la técnica de morfometría basada en voxels (voxel-based morphometry, VBM), que permite crear un mapa de la pérdida de sustancia gris distribuido en voxels. La ventaja principal de la VBM respecto a técnicas de volumetría convencional basada en regiones de interés es que ofrece una determinación objetiva. Las secuencias de difusión mediante RM permiten medir alteraciones en la difusión de las moléculas de agua causadas por alteraciones microscópicas. Se observa un aumento del coeficiente de difusión aparente (ADC) hipocampal en sujetos con EA y DCL, que se atribuye a pérdida de cuerpos neuronales, axones y dendritas que provocaría difusión de agua mayor. La imagen cerebral global volumétrica por transferencia magnética (Whole-brain magnetization transfer imaging), permite identificar regiones con daño axonal en estructuras aparentemente normales. Los estudios con en DCL han mostrado que la ratio de imagen por transferencia magnética de la sustancia gris se encuentra disminuida comparada con controles.

            La RM funcional se ha aplicado al estudio de la activación de estructuras temporales mediales en la EA y en DCL. Los pacientes con EA tienen hipoactivación de estas estructuras, mientras que en la DCL hay una hiperactivación hipocampal compensatoria, comparada con controles. Estudios longitudinales muestran que los pacientes con DCL que progresan tienden a activar regiones mayores del giro parahipocampal durante la codificación de una tarea visual. Los pacientes con DCL presentarían una hiperactivación hipocampal para compensar las alteraciones temporales subyacentes, y con la evolución se iría instaurando un patrón de hipoactivación similar al observado en EA. Las técnicas de neuroimagen funcional tienen como ventaja respecto a las técnicas estructurales que aportan información sobre mecanismos fisiopatológicos.

            La PET-FDG (medición del metabolismo cerebral de glucosa mediante tomografía por emisión de positrones) y la SPECT cerebral (medición de perfusión cerebral como marcador de actividad cerebral mediante tomografía computarizada por emisión de fotón único) en la EA muestran hipometabolismo o hipoperfusión en regiones temporoparietales, cingulado posterior y más tarde en zonas de asociación frontales. La combinación de medidas volumétricas de estructuras temporales mediales y SPECT cerebral mejora la capacidad de discriminación de evolución a EA, comparada con cada medida aislada. La SPECT cerebral en la DCL muestra que los conversores a EA tienen hipoperfusión en el córtex cingulado anterior y posterior. Algunos autores han demostrado hiperperfusión en la región frontal inferolateral en los que progresan,  compatible con la hiperactivación observada mediante RM funcional.

            El PET con F^18-fluorodeoxi-D-glucosa (FDG-PET) proporciona una estimación del metabolismo cerebral de la glucosa y es útil en el diagnóstico precoz de EA. En la EA probable, la primera área metabólicamente afecta es el giro cingulado posterior, seguido del córtex de asociación temporoparietal y la región hipocampal. En la DCL se ha visto una reducción del metabolismo hipocampal y estudios longitudinales indican que los que progresan a EA tienen hipometabolismo temporo-parietal. Estudios de PET con PIB, un trazador que marca betaamiloide, han mostrado un aumento del depósito de amiloide similar al descrito en estudios histopatológicos, que precede a alteraciones de los marcadores de neurodegeneración como FDG o radiofármacos de perfusión cerebral y a los síntomas cognitivos. Sin embargo, el depósito de Aβ  no se incrementa conforme progresa el deterioro cognitivo, a diferencia de los marcadores de disfunción neuronal. La captación de PIB indica depósitos de amiloide cerebral en muestras postmortem de EA. Los estudios muestran captación en diversas regiones corticales en EA, comparado con controles. No hay diferencias en sustancia blanca o cerebelo. La captación se correlaciona de forma inversa con los niveles de Aβ ₄₂ en LCR y con el metabolismo cerebral determinado mediante FDG-PET. Se han obtenido datos de de PET-PIB en DCL amnésico y multidominio. La captación de PIB en DCL es heterogénea: algunos casos presentan un patrón superponible a EA, y otros uno similar a controles sanos, lo cual apoya la heterogeneidad etiológica del DCL. La presencia de amiloide puede resultar dudosa si se toma como único criterio, ya que puede observarse en ancianos sanos cognitivamente normales. Un 25% de ancianos sanos presentan algún grado de captación de PIB en regiones corticales y algunas personas sin deterioro cognitivo tienen depósitos de amiloide cerebral en estudios necrópsicos.

Se llevan a cabo también estudios en EA con trazadores de tau.

CONCLUSIONES

            La EA debe ser considerada como un continuo, desde los estadios preclínicos hasta la aparición de la demencia tipo Alzheimer. La estadificación de la EA preclínica incluye diversos estadios:

Estadio 1: correspondería a la amiloidosis sintomática, en la que existiría un aumento del depósito cortical de PET Aβ , sin evidencia de neurodegeneración.

Estadio 2: ya se habría producido la disfunción neuronal en PET-FDG, que se añadiría al depósito de amiloide.

Estadio 3: los pacientes ya presentarían síntomas muy iniciales de deterioro cognitivo. La EA prodrómica ya se ha definido también previamente con los criterios de Dubois.

Numerosas estrategias terapéuticas que se ensayan hacen necesario diagnosticar a los pacientes en estadios muy tempranos. Los biomarcadores de LCR y marcadores de neuroimagen nos han permitido introducirnos en este escenario diagnóstico.