生体液サンプルを用いた神経変性疾患バイオマーカー研究用の抗体ツールボックス

神経変性疾患分野の研究者は、信頼性できるバイオマーカーを切実に必要としています。早期発見および早期診断方法の開発にしても、新たな治療法の有効性のモニタリングにしても、包括的な研究ツールが、大きな発見へと導いてくれます。このような背景から、今、リキッドバイオプシー (液体生検) が注目されています。この生体液を解析する手法は、元々はがんの検出用として開発されましたが、神経変性研究に劇的な変化をもたらしており、迅速かつ定量的な解析を可能にすることで基礎研究の成果の臨床への移行を容易にします。

本ブログ記事では、アルツハイマー病 (AD) やパーキンソン病 (PD)、筋萎縮性側索硬化症 (ALS) などの神経変性状態における重要な生体液バイオマーカーをいくつか紹介します。これらにより、神経細胞の健康と機能不全に関する知見が得られます。

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アルツハイマー病のバイオマーカー

アルツハイマー病は、折り畳み構造に異常があるタンパク質の蓄積を特徴とし、神経の機能不全や認知機能の低下を引き起こします。知症の中で最も一般的な病態であるにもかかわらず、その正確な原因はまだ明らかになっていません。しかし、この疾患は、Amyloid β (Aβ) 斑と神経原線維変化 (NFT) の2つの主な特徴を示すことが分かっています¹ 。

アミロイドβ前駆体タンパク質 (APP) とリン酸化APP

APPは、神経細胞の発生や伸長、生存、修復に不可欠な膜貫通型タンパク質です。APPがタンパク質分解により切断されると、Amyloid β (β-アミロイドとも呼ばれる) が生じます。  

野生型 (左) またはアルツハイマー病のアミロイドモデルマウス (右) の凍結固定海馬組織を、APP (E4H1U) Rabbit mAb #76600 (緑)、TMEM119 (E4B9S) Mouse mAb #98778 (赤)、ProLong^® Gold Antifade Reagent with DAPI #8961 (青) を用いて免疫蛍光染色して解析しました。

APPのリン酸化は、APPのプロセシングを変化させて、その機能と分解の両方に影響を及ぼします。APPにはいくつかのリン酸化部位があり、それぞれが異なる機能を担います。例えば、Thr668のリン酸化は、細胞周期の調節と神経分化に関連し、Ser655はタンパク質の分解の増加と凝集体の形成に関連しています²。

Amyloid β

正常な状態では、Amyloid β (Aβ) は神経細胞の健康と可塑性をサポートしますが、アルツハイマー病では、折り畳み構造に異常があるAβが凝集してプラーク (斑) を形成し、ミトコンドリアの機能不全、カルシウムの恒常性の破綻、最終的にはアポトーシスを誘導します。

Ready-to-use ELISAを用いてヒトCSFにおけるAβ42/40比を測定しました。キットは、PathScan^® RP β-Amyloid (1-42) Sandwich ELISA Kit #27029、FastScan™ β-Amyloid (1-40) ELISA Kit #20882を使用しました。

Aβは様々なペプチド断片で構成されていますが、最も研究されているのはAβ42ペプチドとAβ40ペプチドです。どちらの断片も、APPのプロセシングから生じます。Aβ42アイソフォームは、Aβ40よりも凝集しやすく、Aβ42/40比はADの早期発見の潜在的なツールとして考えられています。Aβ42/40比が低いほど、脳内のアミロイドによる負荷が高く、AD発症のリスクが高くなります。

Tauとリン酸化Tau

Tauタンパク質は、微小管の安定化させますが、アルツハイマー病では高度にリン酸化されたTauは微小管から剥がれ落ち、神経変性に寄与するNFTを形成します。これらの変性したタンパク質は、生体液中で検出可能であるため、重要なバイオマーカーとなっています。

ヒトAD患者のCSFと健康な患者のCSFを、Phospho-Tau (Thr217) (E9Y4S) mAb #51625を用いて解析し、比較しました。(A) ヒトAD患者のCSFと健常な患者のCSFのpTau217レベルを、SMCxPROプラットフォームで測定しました。(B) このデータを可視化するため、受信者操作特性 (ROC) 曲線を作成しました。そのRスコアは0.9995です。本データは、ブリガムアンドウィメンズ病院のLei Liu博士とその共同研究者の皆様よりご提供いただき、許可を得て掲載しています。

Tauは複数のリン酸化部位を持ちますが、常染色体顕性遺伝のAD患者ではスレオニン217のリン酸化 (p-tau217) が上昇することから、この部位のリン酸化は信頼できるバイオマーカーとなる可能性があります。また、P-tau181などの部位も、バイオマーカーの候補として活発に研究されています。

パーキンソン病 (PD) のバイオマーカー

パーキンソン病は、中脳黒質のドーパミン作動性神経細胞が徐々に失われることにより、運動機能やと協調性が緩やかに低下していく疾患です。その最大の原因の1つが、レビー小体です。これは、折り畳み構造に異常があるタンパク質が凝集したものであり、神経細胞内に蓄積して正常な機能を阻害し、最終的には細胞死を引き起こします。

α-Synucleinとリン酸化α-Synuclein

通常、α-Synucleinはシナプス前小胞輸送の制御に役立っていますが、折り畳み構造に異常が生じるとレビー小体に凝集し、ミトコンドリアとシナプスの機能を阻害します。生体液中のβ-Synucleinとα-Synucleinの両方を測定することにより、パーキンソン病のバイオマーカーの発見と精度を向上させることができます。実際、血液や髄液におけるα- Synucleinの検出は、現在診断に用いられています。

Glucocerebrosidase (GCase/GBA)

GBAはリソソームの重要な構成要素です。GBAの欠損は、リソソームによる折り畳み構造に異常が生じたα-Synucleinなどのタンパク質の分解を阻害し、これらのタンパク質の蓄積と神経細胞ストレスにつながります。GBA遺伝子の変異は、PD発症に最も関連する遺伝子危険因子の1つとして知られています³。遺伝子置換療法は現在、新たな治療法候補として検討されており、すでに1件の臨床試験が進行中です (NCT04127578)⁴。

L-DOPA decarboxylase (DDC)

DDCは、ピリドキサール5リン酸 (PLP) 依存性の酵素であり、L-DOPAからドーパミンへ、L-5HTPからセロトニンへの脱炭酸反応を促進します。現在、パーキンソン病の有望な生体液バイオマーカーとして期待されています。

筋萎縮性側索硬化症 (ALS) および前頭側頭型認知症 (FTD) のバイオマーカー

ALSでは、運動神経細胞の喪失が進行して筋力が低下し、最終的には麻痺に至ります。ALS患者の中には、前頭葉と側頭葉にも損傷が生じて認知機能障害を伴う場合があり、これは前頭側頭型認知症 (FTD) として知られています。興味深いことに、ALSとFTDは、共通の重要なバイオマーカーを共有しており、これらの疾患に共通する病態の理解の手がかりとなる可能性があります。

TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43) 

TDP-43は通常、遺伝子発現の制御や代謝に関わる転写抑制因子として機能します。しかし、ALSやFTDでは、遺伝子変異によりTDP-43は細胞質に移行して凝集し、その結果、ミトコンドリアと小胞体の機能が阻害されます^5,6。

ハンチントン病のバイオマーカー

ハンチントン病は、運動機能と認知機能を損なう進行性の遺伝性疾患です。ハンチントン遺伝子の最初のエクソンにあるCAGリピートが増加することが発症の原因で折り畳みに誤りが起き、有害なハンチントンタンパク質となります。大脳基底核と大脳皮質が最も大きな影響を受け、最も変性するのはGABA作動性中型有棘細胞です。

Huntingtin

Huntingtinタンパク質は、ミトコンドリアタンパク質などの100種類以上の他のタンパク質と相互作用します。マイトファジーに関連していることから、この遺伝子の変異は、ミトコンドリアの融合と分裂を妨げ、細胞死につながると考えられています⁷。

神経炎症マーカー

神経炎症は、中枢神経系 (CNS) におけるミクログリアとアストロサイトによる免疫応答の活性化により生じます。神経炎症は通常、CNSへの損傷、感染症、毒性物質への曝露、あるいは自己免疫疾患などが原因で引き起こされます。一過性の神経炎症のシグナルは、発達段階や組織損傷後の修復過程で保護的に働きますが、慢性的な神経炎症は神経変性疾患の進行に関与することが分かっています。

Interleukin-6 (IL-6)、Interleukin-8 (IL-8)、Tumor Necrosis Factor-α (TNFα)

神経炎症では、ミクログリアが過剰に活性化してIL-6、IL-8、TNFαといった炎症性サイトカインを過剰に放出します。これらのサイトカインは、血漿中で測定可能であるため、神経炎症のバイオマーカーとして期待されています⁸。

Triggering Receptor Expressed on Myeloid Cells (TREM2)

TREM2は、活性化したミクログリアが発現する膜タンパク質であり、抗炎症作用と組織の修復に関与しています。大脳基底核におけるTREM2の発現量と認知機能低下には相関が見られ、同様の関連性はアルツハイマー病患者でも確認されています^9,10。

PathScan^® RP TREM2 (Extracellular Amino-terminal Antigen) Sandwich ELISA Kit #90595を用いて、ヒトiPSC由来の野生型 (WT) ミクログリア細胞の培養液中に放出されたTREM2タンパク質を検出しました。TREM2ノックアウト (KO) ミクログリア細胞の培養液中では検出されませんでした。

神経炎症が起こると、TREM2は切断され、可溶性のTREM2が放出されます。この可溶性TREM2は、生体液中で検出できます。TREM2の細胞膜からの脱落は、細胞外のH157/S158部位で切断されることで生じ、N末端の遊離断片とC末端の膜結合断片が生成されます。アルツハイマー病モデルマウスの研究では、TREM2の欠損や機能不全が、ミクログリアの応答異常を引き起こし、その結果としてAβの蓄積を増加させる可能性が示されています。この結果は、アルツハイマー病の病理学的変化がみられるヒトの脳領域 (白質や海馬、新皮質など) におけるTREM2の分布と一致しており、その重要性を示唆しています。さらに、アミロイド斑の形成は、TREM2の発現を促し、アミロイドの貪食を促進することも明らかになっています。

神経細胞とシナプスのマーカー

疾患特異的なマーカーだけでなく、神経細胞の健康状態とシナプスの完全性をモニタリングすることも重要です。これらのマーカーは、コントロールとして機能するだけでなく、疾患の進行と治療応答に関する知見も提供します。

Growth Associated Protein 43 (GAP43)

GAP43は、神経細胞の伸長やシナプスの健全性、そして神経可塑性のマーカーです。パーキンソン病患者では、黒質のドーパミン作動性神経細胞におけるGAP43の量が減少しており、これらの神経細胞では再生する能力を失いつつある可能性を示唆しています¹¹ 。

Neurogranin

Neurograninは、神経細胞の樹状突起に存在するCalmodulin結合タンパク質であり、長期増強に関与しています。脳脊髄液 (CSF) 中で検出可能であり、認知機能低下の早期バイオマーカーとしての可能性が研究で示唆されています¹²。

神経変性の研究を加速する適切なツール

神経変性疾患は、複雑な分子レベルの変化により生じるため、1つのバイオマーカーだけでなく、複数のバイオマーカーに目を向けることが重要です。マッチド抗体ペアとELISAキットは、疾患の進行やタンパク質の折り畳み構造の異常、神経炎症、シナプスの機能不全といった病態のより完全な理解をサポートします。

CSTは、アッセイの質は開発に使用する抗体の質に依存することを理解しています。そのため、弊社は、サンドイッチELISAを用いて提供するすべてのマッチド抗体ペアの包括的な検証試験を実施しています。各抗体ペアは、プレートベースのELISAを用いて検証されているため、今日広く使用されている最新の免疫アッセイプラットフォーム技術の基礎となる機能アッセイにおいて確実に機能します。

以下の表を活用し、お客様の研究に役立つELISAキット、マッチド抗体ペア、検証済みの検出ツールを探索してください

参考文献

1. Hamley IW. The amyloid beta peptide: a chemist's perspective. Role in Alzheimer's and fibrillization. Chem Rev. 2012;112(10):5147-5192. doi:10.1021/cr3000994
2. Zhang T, Chen D, Lee TH. Phosphorylation Signaling in APP Processing in Alzheimer's Disease. Int J Mol Sci. 2019;21(1):209. Published 2019 Dec 27. doi:10.3390/ijms21010209
3. Boer DEC, van Smeden J, Bouwstra JA, Aerts JMFG. Glucocerebrosidase: Functions in and Beyond the Lysosome. J Clin Med. 2020;9(3):736. Published 2020 Mar 9. doi:10.3390/jcm9030736
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5. Mengistu DY, Terribili M, Pellacani C, Ciapponi L, Marzullo M. Epigenetic regulation of TDP-43: potential implications for amyotrophic lateral sclerosis. Front Mol Med. 2025;5:1530719. Published 2025 Feb 13. doi:10.3389/fmmed.2025.1530719
6. Jiang L, Ngo ST. Altered TDP-43 Structure and Function: Key Insights into Aberrant RNA, Mitochondrial, and Cellular and Systemic Metabolism in Amyotrophic Lateral Sclerosis. Metabolites. 2022;12(8):709. Published 2022 Jul 29. doi:10.3390/metabo1208070
7. Meng K, Jia H, Hou X, et al. Mitochondrial Dysfunction in Neurodegenerative Diseases: Mechanisms and Corresponding Therapeutic Strategies. Biomedicines. 2025;13(2):327. Published 2025 Jan 31. doi:10.3390/biomedicines13020327
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11. Saal KA, Galter D, Roeber S, Bähr M, Tönges L, Lingor P. Altered Expression of Growth Associated Protein-43 and Rho Kinase in Human Patients with Parkinson's Disease. Brain Pathol. 2017;27(1):13-25. doi:10.1111/bpa.12346
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