科學家確定了大腦中阿爾茨海默病進展的原因
研究人員首次使用人類數據來量化導致阿爾茨海默病的不同過程的速度,并發現它的發展方式與之前認為的截然不同。他們的結果可能對潛在治療方法的開發具有重要意義。
劍橋大學10月29日消息
由劍橋大學(University of Cambridge)領導的國際研究小組發現,阿爾茨海默病不是從大腦中的單個點開始,并引發導致腦細胞死亡的連鎖反應,而是提前到達大腦的不同區域。疾病通過產生有毒蛋白質簇殺死這些區域細胞的速度有多快,限定了疾病整體進展的速度。
研究人員使用了阿爾茨海默病患者的死后大腦樣本,以及活體患者的PET掃描,這些患者的范圍從輕度認知障礙(MCI)患者到晚期阿爾茨海默病患者,來跟蹤tau蛋白的聚集。tau蛋白是與阿爾茨海默病有關的兩種關鍵蛋白質之一。
在阿爾茨海默病中,tau蛋白和另一種叫做β-淀粉樣蛋白(Aβ)的蛋白質形成纏結和斑塊(統稱為聚集體),導致腦細胞死亡和大腦萎縮。這會導致記憶喪失、性格改變和日�；顒永щy。
通過組合五個不同的數據集并將它們應用于相同的數學模型,研究人員觀察到控制阿爾茨海默病進展速度的機制是大腦各個區域中聚集體的復制,而不是聚集體從一個區域到另一個區域的擴散。
發表在《科學進展》(Science Advances)雜志上的研究結果,為理解阿爾茨海默病和其他神經退行性疾病的進展開辟了新的方法,也為未來的治療開辟了新的方法。
研究于2021年10月29日發表在《Science Advances》(最新影響因子:14．136)雜志上
多年來,人們一直用“級聯”(cascade)和“連鎖反應”(chain reaction)這樣的術語來描述導致阿爾茨海默病的大腦過程。這是一種很難研究的疾病,因為它發展了幾十年,只有在檢查死后的腦組織樣本后才能給出明確的診斷。
多年來,研究人員主要依靠動物模型來研究這種疾病。來自小鼠的結果表明,阿爾茨海默病傳播迅速,因為有毒蛋白質簇分布在大腦的不同部位。
這篇論文的第一作者、劍橋大學 Yusuf Hamied 化學系的 Georg Meisl 博士說:“人們一直認為,阿爾茨海默病的發展方式與許多癌癥類似:在一個區域聚集,然后擴散到整個大腦。但相反,我們發現,當阿爾茨海默病開始時,大腦的多個區域已經聚集了一些物質,因此試圖阻止區域之間的傳播對減緩疾病收效甚微。”
Georg Meisl 博士
這是首次使用人類數據來跟蹤哪些過程控制著阿爾茨海默病的發展。這在一定程度上得益于劍橋大學在過去十年中開發的化學動力學方法,該方法可以模擬大腦中聚集和擴散的過程,以及PET掃描的進步和其他大腦測量靈敏度的提高。
“這項研究顯示了利用人類數據而不是不完美的動物模型進行研究的價值,”同樣來自化學系的資深合著者 Tuomas Knowles 教授說,“看到這一領域的進展令人興奮,15年前,我們和其他人在試管中確定了簡單系統的基本分子機制,但現在我們能夠在真實患者的分子水平上研究這一過程,這是未來開發治療方法的重要一步。”
Tuomas Knowles 教授
研究人員發現,tau蛋白聚集體的復制速度驚人地慢,需要長達5年的時間。“神經元在阻止聚集體形成方面出奇地好,但如果我們要開發一種有效的治療方法,我們需要找到使它們變得更好的方法,”劍橋大學英國失智癥研究所的資深合著教授 David Klenerman 爵士說,“令人著迷的是生物學如何進化以阻止蛋白質的聚集�！�
研究人員表示,他們的研究方法可以用來幫助開發阿爾茨海默病的治療方法。據估計,阿爾茨海默病影響著全球4,400萬人。此外,該方法可以應用于其他神經退行性疾病,如帕金森病。
Knowles 說:“關鍵的發現是,在我們研究的疾病階段,阻止聚集體的復制而不是它們的傳播會更有效,”
研究人員現在計劃觀察疾病發展的早期過程,并將研究擴展到其他疾病,如額顳葉失智、創傷性腦損傷和進行性核上性麻痹,這些疾病中tau蛋白聚集也會在疾病中形成。
參考文獻
Source:University of Cambridge
Scientists identify the cause of Alzheimer’s progression in the brain
Reference:
Georg Meisl, Eric Hidari, Kieren Allinson, Timothy Rittman, Sarah L． DeVos, Justin S． Sanchez, Catherine K． Xu, Karen E． Duff, Keith A． Johnson, James B． Rowe, Bradley T． Hyman, Tuomas P． J． Knowles, David Klenerman． In vivo rate-determining steps of tau seed accumulation in Alzheimer’s disease． Science Advances, 2021; 7 (44) DOI: 10．1126/sciadv．abh1448
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