双胞胎样本允许进行准实验的双胞胎病例对照方法，可以控制大脑认知关联中的遗传和环境混淆，与不相关个体的研究相比，在因果关系方面提供更多信息。我们回顾了利用不一致的同卵双胞胎设计来研究阿尔茨海默病脑成像标记物与认知的关联的研究。纳入标准包括认知或阿尔茨海默病成像标记不一致的双胞胎，并报告双胞胎内对认知和大脑测量之间关联的比较。我们的PubMed检索(2022年4月23日，2023年3月9日更新)得出18项符合这些标准的研究。阿尔茨海默病的成像标记只有少数研究涉及，大多数是小样本量。结构磁共振成像研究表明，与认知能力较差的双胞胎相比，认知能力较好的双胞胎的海马体体积更大，皮层更厚。没有研究关注皮质表面积。正电子发射断层成像研究表明，在双胞胎比较中，较低的皮质糖代谢率和较高的皮质神经炎症、淀粉样蛋白和tau蛋白积累与较差的情景记忆有关。到目前为止，只有皮质淀粉样蛋白和海马体积与认知的双胞胎内的横断面关联被复制。
双胞胎研究对我们理解遗传对大脑和认知发育和衰老的重要性做出了很大贡献，并表明遗传对大脑-认知关联有重大影响。大多数使用活体脑成像的双胞胎研究都使用了经典的ACE模型和双变量和多变量扩展，如Cholesky分解。在ACE模型中，可以通过比较未测量任何基因的同卵双胞胎(MZ)和异卵双胞胎(DZ)的相似性来估计加性遗传(A)以及共同(C)和独特(E)环境效应的相对比例。尽管基于DNA的多基因评分总结了不相关个体中数千个单核苷酸多态性的微小影响，但双胞胎研究仍然是一个有价值的资源，因为大脑和认知表型的多基因评分并不能解释从双胞胎研究中获得的全部遗传变异。此外，除了ACE模型研究大脑健康、认知及其关系的遗传和环境基础外，双胞胎样本还可用于进行同卵双胞胎和双胞胎内双胞胎分析。与非相关个体的研究相比，准实验不协调双胞方法(一种特殊的匹配病例对照设计)可以提供更多关于从脑成像标记到认知的因果机制的信息。在病例对照的同卵双胞胎设计中，可以研究认知不一致的双胞胎或大脑测量不一致的双胞胎，如神经变性或淀粉样蛋白病理。在双胞胎内部分析中，可以使用连续的大脑和认知测量来查看家庭之间(个人层面)的关联在家庭内部比较中是否明显。这些模型控制了共享的环境(完全在DZ和MZ对中)和遗传(部分在DZ和完全在MZ中)影响。虽然不是因果关系的明确测试，但这些同卵双胞胎比较最接近人类的实验设计，因为不可能随机将个体分配到高与低脑病理或受损与完整的记忆组。在这篇综述中，我们重点研究了利用不一致双胞设计来研究衰老与阿尔茨海默病(AD)脑成像标志物相关的脑认知关联的研究。我们将首先讨论与AD相关的大脑特征和病理及其与认知的关联，然后介绍双胞体设计，并回顾使用AD的体内脑成像测量的双胞体研究。
文献检索和收录研究的流程图
1. AD的生物标志物
阿尔茨海默病由其两个病理特征来定义，细胞外淀粉样蛋白-β斑块和细胞内神经纤维缠结(NFT)过度磷酸化的tau，伴有进行性神经退行性变，特别是内侧颞叶结构。这些潜在的病理生理改变在阿尔茨海默病诊断前很多年甚至几十年就开始了。此外，这些生物标志物与情景记忆障碍有关，这在阿尔茨海默病的临床前阶段变得明显，例如轻度认知障碍(MCI) -一种赋予阿尔茨海默病风险的异质性疾病。
100多年前，阿尔茨海默病主要是通过尸检来诊断的，主要是在临床诊断为痴呆症的个体的大脑中存在淀粉样蛋白-β斑块和NFT。今天，阿尔茨海默病的诊断是基于临床评估和排除认知能力下降的其他原因。为了提高诊断的确定性，特别是在阿尔茨海默病的早期阶段，已经建立了可靠和敏感的体内脑成像生物标志物来检测阿尔茨海默病连续体的病理变化。除了AD生物标志物的时间检测外，脑成像测量还提供空间信息，并允许研究与认知相关的特定大脑区域。除了脑成像标志物外，脑脊液(CSF)样本也被确定为淀粉样蛋白和tau的有效测量方法，但这些不包括在我们的综述范围内。基于血液的阿尔茨海默病生物标志物最近也有进展，但这些非脑成像标志物也不在我们的综述范围之内。
淀粉样蛋白-β (A)， tau (T)和神经退行性变(N)形成了由国家衰老和阿尔茨海默病协会研究所创建的生物研究框架，称为AT(N)框架。在这个框架中，AD的生物学定义是基于生物标志物状态，而与认知状态无关。该框架对新的生物标志物是开放的，事实上，该模型的延伸，即ATX(N)，提出了潜在的新的(X)生物标志物，如髓系细胞2上表达的触发受体(神经炎症)，可溶性血小板衍生生长因子受体β(微血管病理学)和神经颗粒(突触功能障碍)。值得注意的是，临床上诊断为AD的个体中约有10-30%没有表现出AD特异性病理。认知和生物标志物状态不一致的原因仍然知之甚少。因此，将阿尔茨海默病定义为一种生物学结构，并提高我们对阿尔茨海默病认知与生物标志物之间关系的理解，有助于早期发现和选择个体进行干预。
2. 情景记忆障碍是阿尔茨海默病的临床标志
随着阿尔茨海默病的持续发展，最初的认知变化在情景记忆中最为明显，在临床前阶段就已经可以测量到细微的退化。因此，在阿尔茨海默病的早期阶段，测量情景记忆是区分阿尔茨海默病与其他痴呆引起的神经退行性疾病的敏感指标，并评估阿尔茨海默病的严重程度。首先，临床相关的认知功能损伤不影响日常生活活动，在轻度认知障碍患者中发现，他们患AD的风险更高。先前的研究已经提供了证据，证明情景记忆和AD生物标志物在非亲属个体中的关联。在这里，我们讨论一些基于影像标记的发现，这些发现是我们综述的重点。
2.1 PET标记
正电子发射断层扫描(PET)通过使用广泛的放射性示踪剂来测量大脑中的体内分子过程，使其成为识别老年人大脑中淀粉样蛋白-β和病理性tau聚集以及神经变性和神经炎症的有用生物标志物。皮质淀粉样蛋白-β斑块沉积通常用匹兹堡化合物B (PiB)或含氟示踪剂进行评估，并且在过去25年中一直是PET研究的重点。近年来，使用PET放射性示踪剂检测NFT中过度磷酸化的tau已经有了很大的发展，部分原因是抗淀粉样蛋白治疗在AD中的失败，以及越来越多的证据表明tau可能先于淀粉样蛋白并触发AD过程。然而，这种测量tau的方法比淀粉样蛋白pet更具挑战性，因为存在各种问题，例如大量非特异性脱靶结合位点和穿越血脑屏障神经元细胞膜的能力。继第一代tau蛋白PET示踪剂之后，目前正在开发用于临床应用的新型PET配体，即所谓的第二代PET示踪剂。神经退行性变或神经元损伤是阿尔茨海默病的另一类生物标志物，其定义为与神经元功能受损相关的进行性神经元丧失，可以通过使用氟脱氧葡萄糖(FDG) PET成像通过脑糖代谢来测量。在AD连续体中，葡萄糖代谢降低反映了神经元功能障碍，导致特定脑区脑血流量减少，导致葡萄糖输送减少，这在AD临床前阶段就已经观察到。神经炎症可以通过PET使用各种示踪剂来测量，这些示踪剂主要针对易位蛋白18kda，已知该蛋白在神经炎症中上调。
淀粉样蛋白-β聚集已被证明与老年人的认知能力下降(例如情景记忆表现)有关。然而，在研究皮层淀粉样蛋白-β负荷与认知功能之间的关系的研究中存在一些异质性，因为可比较的研究未能显示整体皮层淀粉样蛋白-β负荷与记忆表现之间的直接关系。最近的一项研究也提供了证据，表明认知能力下降可能先于淀粉样蛋白-β的病理水平，并预测随后的淀粉样蛋白-β阳性。
在AD连续体的早期阶段，NFT的传播已被证明与老年人记忆表现的下降有关，甚至可能预测情景记忆的下降。具体而言，内侧颞叶结构，包括海马体和内嗅皮层，已知对记忆功能很重要，并且在AD的早期过程中受到tau的影响。此外，有证据表明，即使在认知正常的β-淀粉样蛋白阴性个体中，较差的认知表现也与内侧颞叶和新皮层tau负荷有关。此外，患有淀粉样蛋白-β病理的个体皮层tau的进行性积累与认知障碍的增加有关。与β淀粉样蛋白成像相比，Tau成像与认知能力下降和神经退行性变的关系更密切，因此，Tau PET是一种准确的AD分期和预后的有用方法。
颞顶叶区域的葡萄糖代谢已被证明与记忆功能有关，并具有预测未来认知能力下降和转化为阿尔茨海默病的能力。研究还表明，在与NFT相同的模式下，区域的葡萄糖代谢和突触功能发生了改变。此外，之前的PET研究显示，神经炎症与认知障碍和情景记忆衰退之间的关系发现不一致。
2.2 MRI标记
另一种测量神经变性或神经元损伤的方法是使用无创结构磁共振成像(MRI)。内侧颞叶(如海马体、内嗅皮层)和其他(下)皮层灰质区域的萎缩已被证明与认知功能(如记忆)有关。此外，MRI测量是阿尔茨海默病连续体早期阶段神经退行性变的替代指标，也是预测老年人进一步认知能力下降和疾病进展的替代指标。
根据定义，皮质体积是皮质厚度(CTH)和皮质表面积(CSA)的乘积，两者在衰老过程中遵循不同的轨迹。虽然CTH已被深入研究，但CSA的探索却少得多。先前的研究结果表明，CTH与疾病严重程度和认知障碍有关。此外，研究表明CTH和CSA在全球和区域层面与认知有不同的关联。此外，最近的一项研究表明，包括tau、淀粉样蛋白和CTH在内的成像生物标志物与健康老年人的内嗅皮层以及其他颞叶区域的记忆功能的关系最为密切。
总之，阿尔茨海默病的诊断已经从尸检中鉴定淀粉样β斑块和NFT发展到敏感的脑成像生物标志物，这些生物标志物是阿尔茨海默病连续体中神经病理和认知变化的有效体内代理。然而，绝大多数研究都是在不相关的个体中进行的，这种设计不允许控制大脑认知关联中的遗传和环境干扰。然而，家庭研究，尤其是双胞胎研究，即使没有任何测量的基因，也可以控制遗传混杂因素，并控制家庭成员之间共有的所有环境因素:与对不相关个体的研究相比，对双胞胎的家庭内部关联的研究更能说明大脑认知关联的因果关系。
3. 双胞胎设计
在控制共同遗传和环境影响的情况下，对完整双胞胎的家庭内部分析可以告知大脑认知关联是否明显。如果双胞胎内的关联是显著的，并且与个体水平的关联没有区别，则没有混淆。如果大脑-认知关联在家族间(个体水平)分析中很明显，但在家族内比较中没有，那么就会发生遗传和/或环境混淆。这种混杂是由于共同的遗传或环境影响，还是两者兼有，可以通过分别比较MZ和DZ双胞胎的家族内关联来进一步研究。如果在家庭内部比较中也有显著的关联，那么因果关系也有更有力的证据
虽然不是因果关系的明确测试，但与对不相关个体的研究相比，同卵双胞胎设计可以提供更多关于大脑认知关联的因果关系的信息。双胞胎之间的比较完全控制了双胞胎之间共有的因素，包括年龄、性别和家庭因素，如父母的社会经济地位和父母的教育程度。这些模型控制了双胞胎(DZ和MZ)成员之间共享的所有环境因素。此外，遗传效应是可控的，部分发生在DZ身上——他们的分离基因平均共享50%——而完全发生在MZ身上——他们的基因完全相同。换句话说，这种准实验病例对照设计可以在控制遗传和环境混杂时测试大脑认知关联是否明显。然而，我们注意到，双胞胎内的估计不会被双胞胎之间共有的因素混淆，但在双胞胎没有共享混杂因素或由于测量误差的情况下，估计可能会有偏差。
4. 二分结果
当使用二分类不一致性时，可以对暴露和结果测量的不一致性和一致性进行交叉校准。如果暴露-结果关联是一致的，并且在预期的方向上，只需要6对双胞胎就可以检测到双胞胎内的显著关联。例如，在6对双胞胎中，如果淀粉样蛋白阳性的孪生兄弟在所有对双胞胎中都痴呆，而淀粉样蛋白阴性的孪生兄弟则没有痴呆，那么精确的麦克尼马尔检验p值= 0.03。然而，在实际数据中，暴露与结果之间的对应关系不太可能是完美的，因此，需要更大的双胞胎样本来检测暴露与结果之间的显著关联。此外，为了推断可能的遗传与环境混淆，需要DZ和MZ双胞胎对。通过使用阿尔茨海默病病理(如淀粉样蛋白阴性与淀粉样蛋白阳性)和认知状态(如痴呆与无痴呆)的临界值，可以确定暴露和结果的两种测量方法。另外，也可以在每对双胞胎中指定一对双胞胎，以表明一对双胞胎中有较高的阿尔茨海默病病理与较低的阿尔茨海默病病理或较差的认知与较好的认知。后一种方法不考虑双胞胎是否不符合任何预定义的阈值，而是定义给定双胞胎中成员之间的不一致。虽然这种方法与已建立的验证截止点不匹配，但它具有利用更多双胞胎的好处，因为它还包括在分析中具有更细微差异的双胞胎(例如，双胞胎中的两个成员都是淀粉样蛋白阴性，但仍然具有不同水平的淀粉样蛋白积累)。然而，这可能会导致个体层面的关联不显著，但双胞胎内部的关联是显著的。例如，在大多数双胞胎个体没有痴呆的样本中，可能没有个体水平的皮质淀粉样蛋白-认知关联，但双胞胎内部的关联仍然可能是显著的。
交叉表法和精确McNemar检验是利用病例对照双胞胎设计的最简单方法。使用二分类结果，也可以使用条件逻辑回归模型来调查暴露与结果之间的关联在双胞胎中是否明显。有了足够的样本量，这种方法允许在模型中包含协变量。在这里，曝光可以是二分的，也可以是连续的。例如，标准化摄取值比(SUVR)测量的皮质淀粉样蛋白病理可以作为临床AD诊断不一致的双胞胎的连续测量。条件回归模型对应于标准逻辑回归模型，但只使用结果不一致的双胞胎。条件回归模型可以分别用于不一致的MZ和DZ对，看看在控制不同水平的遗传亲缘关系时是否可以确认家族内关联。此外，还可以检测合子的显著相互作用，即检测MZ和DZ对的家族内关联是否显著不同。需要对MZ和DZ双胞胎的相似/差异进行正式测试，但在许多情况下，样本量太小，特别是关于MZ对。事实上，不一致的MZ双胞胎可能很难找到，并且需要非常大的样本来筛选潜在的不一致对。这仅仅是因为阿尔茨海默病具有大量遗传成分，遗传率高达70%，而且大脑和认知表型具有高度遗传性。为了获得更大的统计效力，可以采用结果连续的不协调双设计。
5. 连续结果
不协调双胞胎设计也可以使用暴露和结果作为连续测量。通过持续的测量，有更多的力量，这些模型也可以包括双胞胎，他们在暴露或结果上是一致的。这些模型可以用条件线性固定效应回归模型来实现。在这里，它测试了双胞胎内暴露的差异是否与双胞胎内结果的差异有关。因为模型中的两个变量都是连续的，所以那些一致的对(例如在情景记忆测试中得分相同)也可以包括在内。如果存在双胞胎内关联，那么预期结果一致的双胞胎在暴露测量方面也高度一致(例如，高度相似的皮质淀粉样蛋白SUVR)。线性回归模型可以通过两种方式实现，在模型中包括或不包括家族间效应。
6. 对双胞胎内分析结果的解释
如果双胞胎内部的关联与个体水平的分析相似，那么就没有混淆，并且与非相关个体的分析相比，有更多的证据证明因果关系。如果与个体水平的关联相比，双胞胎内的关联减弱，那么就有证据表明存在混淆。当MZ对内关联弱于DZ对内关联时，发生遗传混淆。当MZ对内关联与0没有显著差异时，发生完全遗传混淆。当MZ对内关联和DZ对内关联都弱于个体水平关联，但彼此之间没有显著差异时，发生环境混淆。当MZ内和DZ内的关联与0没有显著差异时，就会发生完全的环境混杂。
7. 早期的双胞胎病例报告不一致的阿尔茨海默病
在回顾中，我们对认知或脑成像AD生物标志物不一致的双胞胎的研究感兴趣，有生物标志物和认知数据可用。在讨论我们综述的搜索之前，我们介绍了在活体MRI和PET成像的现代时代之前的早期案例研究。AD研究中的不一致双胞胎研究始于20世纪50年代的病例报告;然而，这些早期的报告只包括尸检和在某些情况下的脑电图(EEG)测量。1955年的一份病例报告介绍了一对女性MZ双胞胎，与AD不一致。根据其50岁的临床病史，诊断为可能早发性AD。这对双胞胎主要采用非结构化访谈和临床检查方法进行纵向检查，直到在她69岁去世后对痴呆的双胞胎进行尸检。脑部解剖显示大面积、全面性萎缩，尤其是额叶和顶叶，以及小脑灰质和白质，脑室扩张。小脑膜及脑血管未见病理改变。在整个灰质中检测到纤维状星形胶质细胞，皮层显示大量淀粉样斑块。然而，没有关于非痴呆双胞胎大脑状态的信息。
另一份早期病例报告显示，一对患有AD的女性MZ双胞胎不一致，报告了类似的结果。在她64岁去世后，对痴呆的双胞胎进行了尸检，显示出明显的脑萎缩，最明显的是在额叶和枕叶。该报告除尸检外还使用了脑电图，与第一份可用病例报告相比，在测量中增加了额外的维度。伴AD的同卵双胞胎在脑电图中显示出严重的背景活动异常，主要包括θ和δ节律，无局灶性或偏侧性特征。认知健康的同卵双胞胎表现出11-12 Hz的α节奏对视觉注意的响应，背景活动显示出一些随机的振幅相似的θ分量。该报告使用了神经心理学测试，如短篇故事回忆和韦氏成人智力量表来确认双胞胎的认知状态。
1986年，另一项关于一对MZ女性双胞胎的案例研究报告了类似的结果。在这个案例中，患有AD的先证者在49岁时患有早发性痴呆。这项研究包括脑电图和尸检测量，以及一项临床检查，该检查显示受影响的双胞胎的短期和长期记忆受损，而她的孪生兄弟认知正常。同卵双胞AD患儿脑电图显示θ和δ频率异常，1例伴有亚临床发作活动。在64岁的尸检中，受影响的双胞胎显示皮质变薄，主要在额叶萎缩，脑室扩张，皮质淀粉样斑块和NFT的存在。直到73岁的最后一次随访，也就是在受影响的双胞胎患痴呆症20多年后，孪生兄弟一直没有受到影响。
8. 从病例报告到对不和谐双胞胎的研究
最早的涉及AD生物标志物的脑结构成像和PET成像的不一致双胞胎研究可以追溯到1987年，当时Luxenberg等人(1987)报道了一例美国59岁男性MZ双胞胎不一致AD的病例。除CT、MRI、FDG-PET外，还采用脑电图。此外，他们还在研究中纳入了健康对照。本报告还使用了各种认知评估，如迷你精神状态检查(MMSE)，祝福记忆，信息和注意力测试，Marris痴呆量表和韦氏成人智力量表。痴呆的双胞胎在所有认知领域都有损伤，而未受影响的双胞胎只在知觉组织和延迟回忆测试中显示出一些损伤。此外，与健康对照组相比，痴呆双胞胎表现出更大的灰质损失和脑室增大。与健康对照组和非痴呆双胞胎相比，痴呆双胞胎的额叶和顶叶葡萄糖代谢降低程度更高，代谢不对称程度也更大。未痴呆的双胞胎在脑葡萄糖代谢和脑结构方面与对照组没有差异。
另一项早期研究利用对一对MZ双胞胎的脑成像显示了类似的结果。对一例81岁女性MZ型双胞体AD不一致病例进行了研究。这对双胞胎经过了最初的神经心理测试和1年的随访。脑病理检查包括结构MRI、FDG-PET和EEG。患有阿尔茨海默病的孪生兄弟显示大脑结构改变，这与深部白质缺血性疾病一致。FDG-PET显示AD双胞胎全脑代谢率降低，伴有时间代谢低下和不对称。第三个关于AD不一致对的MZ病例研究报告称，通过单光子发射断层扫描测量，双胞胎均显示病理性皮质灌注，而内侧颞叶萎缩仅在受影响的双胞胎中可见。最近，Fumagalli等人(2019)报告了一个用CT和MRI进行的病例研究，两个双胞胎都表现出左半球更明显的不对称萎缩
到20世纪末，双胞胎研究开始有更多的参与者，第一项包括1对以上AD不一致双胞胎的研究研究了3对AD不一致双胞胎，在Luxenberg et al.(1987)报告的病例中增加了2对，并报告了与早期个体病例研究相似的发现。接下来，12对AD不一致的同性双胞胎(11对DZ和1对MZ;来自瑞典双胞胎痴呆研究的9对女性和3对男性被纳入研究，以调查与AD相关的大脑结构特征。研究中痴呆症发病的平均年龄为69岁，CT扫描的平均年龄为75岁。痴呆双胞胎通过MMSE或电话筛查协议进行识别，之后他们接受了详细的临床和神经心理学测试，以确认他们的认知状态。CT扫描显示AD双胞胎的颞角、侧脑室和第三脑室扩张较大。阿尔茨海默症双胞胎的颞叶萎缩也比他们健康的双胞胎更严重;然而，在不一致的双胞胎中，颅内面积或总脑容量与疾病状态无关。
9. 较早的FTC研究-电话访谈在以人口为基础的样本中筛选认知不一致的双胞胎
上述Pedersen et al.(1999)的瑞典研究采用电话访谈进行认知筛选。这种方法已在较早的FTC研究中系统地使用，该研究约占本综述现有同卵双胞胎研究的一半。FTC研究的首批报告之一是对一对患有AD的90岁女性双胞胎的案例研究。患有阿尔茨海默病的同卵双胞胎的大多数神经心理测试分数和区域脑葡萄糖代谢率比认知健康参照组的平均值低2个标准差(SD)以上，而没有阿尔茨海默病的同卵双胞胎在这些测量中与健康对照没有差异。患有阿尔茨海默病的双胞胎也有中度海马萎缩，而没有阿尔茨海默病的双胞胎则没有。这对双胞胎的生活历史非常相似，但没有AD的双胞胎有持续抗炎药物的历史。
当然，不可能从一对双胞胎的案例研究中得出结论，但有趣的是，随后对早期FTC研究中认知不一致的双胞胎的研究证实，与没有认知障碍的双胞胎相比，有认知障碍的双胞胎的糖代谢更低，海马体积更小。值得注意的是，在认知不一致的双胞胎中也发现了神经炎症与认知之间的关联。一项基于人群的FTC研究通过使用两种有效的测量方法，即痴呆电话评估和认知状态的电话访谈。然后对不一致的双胞胎进行面对面的神经心理测试和脑成像，包括PET成像和各种示踪剂，捕捉与痴呆和AD有关的病理。1938年之前出生的双胞胎在1999-2007年进行筛查， 1938 - 1944年出生的双胞胎在2013-2017年进行筛查。在MEMTWIN I研究中，首先对MZ双胞胎进行筛查，然后对DZ对进行筛查，结果报告的脑成像研究首先只包括MZ对。在MEMTWIN II中，MZ和DZ双胞胎从研究一开始就被邀请。结构MRI和PiB-PET被用于MEMTWIN I和MEMTWIN II双胞胎，尽管在这两个阶段的数据收集中使用了不同的扫描仪。FDG-PET仅存在于MEMTWIN I双胞胎中，而PBR-PET仅存在于MEMTWIN II双胞胎的子样本中。这两项研究还包括认知健康的非双胞胎对照组。
FTC的第一份报告只包括MZ对。一项包括7对认知不一致的MZ双胞胎的研究表明，与认知健康的对照组相比，痴呆双胞胎的海马体体积约小34%，而他们认知健康的同卵双胞胎的海马体体积仅比健康对照组小8%左右。与10名认知健康的对照组相比，7名痴呆双胞胎及其未痴呆的MZ双胞胎海马区的脑葡萄糖代谢也分别降低了15%和10%。一项针对3对迟发性阿尔茨海默病不一致的MZ对和13对非双胞认知健康对照者的研究使用体素方法，表明先证者除了海马体积外，内侧颞叶、额叶和顶叶结构的体积也比健康对照者小。在未受影响的双胞胎中，额叶和顶叶区域受到影响，但内侧颞叶区域没有受到影响。与认知健康的非双胞胎对照相比，MZ对的痴呆(19%)和非痴呆(14%)同卵双胞胎的外侧颞叶皮层的葡萄糖代谢也显著降低。随后对9对同性DZ双胞胎的研究表明，与认知健康的对照组相比，只有认知障碍的双胞胎而不是认知健康的同卵双胞胎的葡萄糖代谢较低。与认知健康的非双胞胎对照组相比，痴呆双胞胎的大脑葡萄糖代谢率在海马区低20%，在外侧颞叶皮层低15%，在前额叶皮层低16%。与认知健康的对照组相比，没有痴呆的DZ双胞胎在任何皮质区域都没有出现这种减少。最后，一项包括MZ和DZ双胞胎的研究，使用体素分析，表明患有痴呆症的同卵双胞胎以及他们认知健康的同卵双胞胎与健康对照组相比，整个皮质的葡萄糖代谢率更低。
此外，认知健康的MZ双胞胎在额下、颞外侧、顶叶和内侧颞皮质以及丘脑、壳核和右侧杏仁核的葡萄糖代谢率低于认知健康的对照组。相比之下，认知健康的DZ双胞胎与不相关的认知健康对照组之间没有差异。认知健康的MZ和DZ双胞胎与认知受损的同卵双胞胎之间的这些差异表明，即使在没有认知障碍的情况下，遗传效应也会影响葡萄糖代谢。Virta等人(2009)也研究了DZ双胞胎中葡萄糖代谢和记忆/注意力测量的双胞胎内相关性。他们发现，同卵双胞胎在认知任务和区域脑葡萄糖代谢方面的差异，即海马体和延迟记忆指数(r = 0.83, P = 0.006)以及前额叶皮层和注意力指数(r = 0.63, P = 0.04)之间存在统计学上显著的相关性。颞外侧与言语记忆(r = 0.34, P = 0.38)、海马与言语记忆(r = 0.50, P = 0.18)无显著相关性。同卵双胞胎的相对区域脑糖代谢与韦氏记忆量表指标的相关分析差异仅在海马相对区域糖代谢和延迟记忆指标上有统计学意义(r = 0.67, P = 0.05)。FTC关于皮质淀粉样蛋白的第一份报告包括来自MEMTWIN I的17对双胞胎(9 MZ和8 DZ)。结果显示，与9名认知健康的非双胞胎对照组相比，认知功能受损的MZ双胞胎在颞叶、顶叶皮层和后扣带有更高的11C-PiB摄取。认知正常的DZ双胞胎与健康对照组没有差异。认知保留的MZ双胞胎表现出与认知受损的双胞胎相似的11C-PiB摄取模式，所有认知受损的受试者(MZ和DZ)都表现出AD典型的11C-PiB摄取模式。然而，一项研究包括来自MEMTWIN II的额外参与者，共45对双胞胎和15对健康的非双胞胎对照组，没有发现健康对照组和双胞胎之间的显着差异。
两项针对芬兰双胞胎的研究进一步研究了与PET示踪剂测量神经炎症和淀粉样蛋白病理相关的情景记忆不一致的双胞胎。这些研究可以告诉我们，当控制共同的遗传影响时，阿尔茨海默病的临床和生物学特征之间的关联是否明显，或者暗示这些关联是由遗传效应介导的。在10对双胞胎中，情景记忆较差的双胞胎在AD易感区域的皮质神经炎症比情景记忆较好的双胞胎高约20%。一项包括45对双胞胎的研究表明，皮质淀粉样蛋白病理的双胞胎内差异与情景记忆的双胞胎内差异显著相关:情景记忆较差的双胞胎比情景记忆较好的双胞胎有更高的淀粉样蛋白-β水平。在双胞胎中，这些关联在DZ双胞胎中比在MZ双胞胎中更强，但没有统计学上显著的合子-情景记忆相互作用。在DZ和MZ对中，由6项情景记忆测量组成的复合记忆评分与皮质淀粉样蛋白β负荷的相关性分别为r = - 0.49和r = - 0.42。这些结果表明，即使在控制共同遗传效应的情况下，淀粉样蛋白-情景记忆关联也很明显，因此，支持淀粉样蛋白-β负荷在情景记忆障碍中的因果作用，并将AD的生物学和认知特征联系起来。然而，需要更大的样本来测试MZ对与DZ对的差异。
10. 从认知不一致的双胞胎到健康的双胞胎——对临床前AD的洞察
以上回顾的研究已经通过临床诊断或在基于人群的样本中使用认知筛查确定了认知不一致的双胞胎。另外，也可以选择脑成像AD标记不一致的双胞胎。然而，这种方法可能成本效益较低，因为需要非常大的样本来检测不一致的双胞胎。另一种选择双胞胎的方法是有目的地选择认知健康的双胞胎，然后进行脑成像。这是一种有价值的早期预测方法，因为它可以检查双胞胎内AD相关生物标志物的差异是否与双胞胎内认知的细微差异有关。这一方法已在荷兰双重登记处(NTR)得到应用。
11. 认知健康MZ双胞胎的NTR研究
通过NTR进行了一项不和谐双胞胎研究，其中包括迄今为止数量最多的双胞胎。本研究包括96对MZ双胞胎和7对非同卵双胞胎(199名参与者)。该研究调查了淀粉样蛋白β PET与认知正常老年人记忆表现的关系。虽然双胞胎的招募不是基于认知的不一致，但这项研究被纳入了我们的综述;首先，因为一些双胞胎在皮质淀粉样蛋白-β聚集方面不一致;其次，如前所述，可以使用大脑和认知的连续测量来观察双胞胎内部这些测量的差异是否相互关联。NTR研究的所有参与者都是认知正常的老年人，平均年龄为70.5岁。根据几项测试，参与者被确定为认知正常，他们必须达到一定的分数线。
12. 结论和未来展望
尽管双胞胎队列的历史悠久且可用，但在衰老和AD相关生物标志物的背景下，认知不一致双胞胎的脑成像研究仍处于起步阶段。在研究AD相关脑成像标记物与认知功能的关联时，我们发现只有18项研究采用了双胞胎设计。只有少数对认知不一致的双胞胎的研究解决了常见的AD成像标记。少数现有研究的MRI结果表明，与有认知障碍的双胞胎相比，无认知障碍的双胞胎的海马体体积更大，也有证据表明，双胞胎内海马体体积的差异与双胞胎内情景记忆的差异有关。海马体体积与认知的关联是使用双胞胎设计在独立样本中重复的两个发现之一。到目前为止，只有1项双胞胎研究关注了CTH，没有研究关注CSA，这是一种与CTH基本无关的皮质指标。由于皮质体积是CTH和CSA的产物，两者在衰老过程中遵循不同的轨迹，因此需要对这些指标进行更多的单独研究。一般来说，CTH在非亲属个体中的研究相对较多，而CSA的研究较少。Coomans等人(2023)的研究结果表明，与海马体积的MRI研究一致，双胞胎内AD易感区域CTH的差异与双胞胎内记忆的差异有关。
利用PET成像的FTC研究表明，在双胞胎比较中，较低的皮质糖代谢率和较高的皮质神经炎症和淀粉样蛋白积累与较差的情景记忆有关。然而，在FTC中，MZ和DZ双胞胎的数量很少，因此这些研究不足以发现MZ和DZ双胞胎之间的显著差异。NTR只对认知健康的MZ对进行了研究，与FTC的研究结果一致，结果表明淀粉样蛋白积累较多的双胞胎的情景记忆比淀粉样蛋白积累较少的双胞胎差。
综上所述，在本综述中，我们只发现了18项采用双胞胎设计的研究，这些研究调查了阿尔茨海默病生物标志物与认知的关系。独立样本中唯一重复的结果是，海马体体积较小、皮层淀粉样蛋白病理程度较高的同卵双胞胎比海马体体积较大、皮层淀粉样蛋白病理程度较低的同卵双胞胎记忆力较差。最令人信服的证据(在两个独立样本中使用最大的样本和最具可比性的测量)是双胞胎内皮质淀粉样蛋白差异(在两项研究中都使用PET成像测量)和双胞胎内情景记忆差异之间的关系(两项研究都使用复合记忆评分，包括即时和延迟回忆测量);这些双胞体设计研究支持这样一种观点，即阿尔茨海默病的生物学(β淀粉样蛋白)和临床标志物(情景性记忆障碍)的关联不会被遗传或环境影响所混淆。这两项研究，再加上双胞胎内皮质tau蛋白的差异介导双胞胎内皮质淀粉样蛋白差异与双胞胎内情景记忆差异之间的关联，证明了支持AT(N)框架的最先进的同卵设计。了解阿尔茨海默病与衰老之间大脑认知关联的遗传基础对于弥合临床和生物学定义之间的差距(A/T(N)框架)是有价值的)。在干预试验中，病例对照双胞法也是一种强有力的方法，可以观察治疗方法，例如针对淀粉样蛋白病理的药物，在完全控制阿尔茨海默病的遗传易感性的情况下，是否对认知有影响。
参考文献：Co-twin design in brain imaging—review on biomarkers of Alzheimer’s disease.
