編者按
淀粉樣蛋白假說與感染假說
兩年前，免疫學(xué)家、醫(yī)學(xué)出版企業(yè)家 Leslie Norins 決定出資 100 萬美元作為獎(jiǎng)金，來獎(jiǎng)勵(lì)給那些可以證明阿爾茨海默癥是由細(xì)菌引起的科學(xué)家。
幾十年以來，感染會(huì)引起癡呆癥的這套理論，一直在神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域的邊緣徘徊。在大量證據(jù)的支持下，大多數(shù)阿爾茨海默癥研究者認(rèn)為，阿爾茨海默癥的罪魁禍?zhǔn)资谴竽X中名為淀粉樣蛋白的粘性分子，這種淀粉樣蛋白會(huì)聚集成塊，從而引起炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。
但是 Norins 想要獎(jiǎng)勵(lì)那些讓感染理論更具說服力的工作。Norins 說：“淀粉樣蛋白假說已經(jīng)變成了大多研究者唯一公認(rèn)的'信仰’了。少數(shù)將目光瞄準(zhǔn)微生物并發(fā)表論文的先驅(qū)研究者，卻被嘲笑或被忽視了?！?/p>
導(dǎo)致這樣的情況很大程度上是因?yàn)樵缙谥С指腥纠碚摰难芯空哒J(rèn)為淀粉樣蛋白假說是錯(cuò)的，而感染理論是對(duì)的，二者只存其一。但近期的研究結(jié)果則提供了一些有意思的線索：感染可能會(huì)導(dǎo)致淀粉樣蛋白團(tuán)塊產(chǎn)生，從而引發(fā)阿爾茨海默癥，即這兩種觀點(diǎn)本應(yīng)互相補(bǔ)充。
這些研究數(shù)據(jù)表明，淀粉樣蛋白在神經(jīng)元中起著重要作用。它不單單是一種有毒的產(chǎn)物，而且還可能擔(dān)任著一項(xiàng)重要任務(wù)——保護(hù)大腦免受感染。但年齡或者基因可能會(huì)干擾整個(gè)系統(tǒng)的制約與平衡，導(dǎo)致淀粉粒蛋白從一個(gè)守衛(wèi)變成了反派。
而這種觀點(diǎn)也為探索阿爾茨海默癥治療方法提供了新思路。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一理論，科學(xué)家們正努力開發(fā)構(gòu)建更接近阿爾茨海默癥的動(dòng)物模型。英國倫敦大學(xué)學(xué)院癡呆癥研究中心主任神經(jīng)生物學(xué)家 Bart de Strooper 說：“我們正在認(rèn)真對(duì)待這些觀點(diǎn)?！?/p> 因結(jié)塊窒息而亡
淀粉樣蛋白假說認(rèn)為，阿爾茨海默癥是由腦細(xì)胞間空隙中的粘性可溶性蛋白質(zhì)——淀粉樣β蛋白肽沉淀聚積導(dǎo)致的。這些肽是從嵌入在神經(jīng)元細(xì)胞膜中的另一種蛋白質(zhì)中解離出來的。一旦自由漂浮，它們會(huì)聚集在一起形成更大的結(jié)構(gòu)，如果不能被特殊的酶高效清除，它們就會(huì)形成斑塊。這些斑塊隨后會(huì)觸發(fā)一系列的致命反應(yīng): 它們引發(fā)神經(jīng)炎癥并產(chǎn)生大量的 tau 蛋白。這一連串的反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。
這一假說的批評(píng)者指出，很多從未患過阿爾茨海默癥的人在死亡后腦內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)這種斑塊。另外，很多以消除斑塊為基礎(chǔ)的療法的臨床試驗(yàn)均以失敗為告終，這些療法并未減緩該疾病的發(fā)展。
而支持淀粉樣蛋白假說的研究者則反駁稱，雖然斑塊密度在個(gè)體間差異較大，但它們引發(fā)的 tau 絲蛋白纏繞的密度卻與疾病嚴(yán)重程度密切相關(guān)。他們還稱，臨床試驗(yàn)之所以失敗，可能是因?yàn)橹委煼椒ń槿氲臅r(shí)期已經(jīng)是疾病發(fā)展的后期了。
他們也有強(qiáng)有力的證據(jù)來捍衛(wèi)自己的觀點(diǎn)。有一些罕見的侵襲性阿爾茨海默癥發(fā)生在生命早期，主要出現(xiàn)在 30~60 歲人群，且具有家族遺傳性。這些疾病是由控制淀粉樣蛋白生成過程和大腦炎癥的相關(guān)基因突變引起的。
而許多其他基因與更常見的晚發(fā)性阿爾茨海默癥的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。一些基因編碼的蛋白質(zhì)與淀粉樣蛋白有關(guān)，一些編碼的蛋白質(zhì)參與先天免疫系統(tǒng)中，這些蛋白可以迅速激活免疫系統(tǒng)，防止病原體在體內(nèi)擴(kuò)散，并推動(dòng)炎癥的發(fā)生。
圖.阿爾茨海默病患者的腦組織樣本中有時(shí)會(huì)含有微生物。
感染病原體
研究人員希望通過在成千上萬的去世后的阿爾茨海默癥患者的大腦中檢測微生物來驗(yàn)證感染假說。在很多患者體內(nèi)，他們都找到了微生物。Strooper 說：“但這些研究僅說明了它們存在相關(guān)性，而這種相關(guān)性可能跟機(jī)制無關(guān)?！?/p>
英國曼切斯特大學(xué)的生物物理學(xué)家 Ruth Itzhaki 在 20 世紀(jì) 90 年代報(bào)告了對(duì)于阿爾茨海默癥患者去世后腦內(nèi)的單純皰疹病毒 1 型（HSVI）的觀察結(jié)果1。她認(rèn)為，大腦中微生物的存在一定表明了它們具有作用，她和其他人都認(rèn)為，他們有很好的證據(jù)來證明病毒是阿爾茨海默癥的關(guān)鍵。
Itzhaki 說：“我們中的大多數(shù)人都承認(rèn)淀粉樣蛋白是阿爾茨海默癥的一個(gè)非常重要的特征，但它并不是原因。”
有幾種微生物被認(rèn)為是阿爾茨海默癥的誘因，包括三種人類皰疹病毒和三種細(xì)菌：肺炎衣原體，肺部感染的原因；布氏桿菌，萊姆病的病原體；以及導(dǎo)致牙齦疾病的牙齦卟啉單胞菌。理論上，任何能夠侵入大腦的傳染病原體都可能具有這種觸發(fā)作用（然而，沒有充分的證據(jù)表明 COVID-19 背后的 SARS-CoV-2 病毒具有這種能力）。
這一領(lǐng)域的大多數(shù)研究小組都有自己偏愛的微生物，2018 年發(fā)表的兩篇引人注目的論文研究了皰疹病毒的作用。其中一個(gè)來自紐約西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院 Joel Dudley 的研究小組，分析了各種數(shù)據(jù)庫中近 1000 個(gè)患者死后大腦產(chǎn)生的大量基因、蛋白質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。
研究小組在腦組織中尋找病毒的特征——皰疹病毒特異的基因片段或蛋白質(zhì)片段——并得出結(jié)論：阿爾茨海默病患者的人類皰疹病毒 6A 型（HHV-6A）和人類皰疹病毒 7 型的水平高于對(duì)照組2。
但是其他研究人員，包括馬里蘭州貝塞斯達(dá)的美國神經(jīng)紊亂和中風(fēng)研究院的病毒學(xué)家 Steven Jacobson，他的團(tuán)隊(duì)研究了超過 1000 個(gè)患者死后的大腦樣本，沒有重復(fù)出 Dudley 的發(fā)現(xiàn)3。
盡管 Dudley 研究中所涉及的患者大腦的樣本量令人震撼，但是其結(jié)果只揭示了相關(guān)性。位于波恩的德國神經(jīng)退行性疾病研究中心的 Michael Heneka 稱，這一數(shù)據(jù)的來源也令人擔(dān)憂。阿爾茨海默癥患者的大腦在死亡前的狀態(tài)非常糟糕，在尸檢進(jìn)行前，組織就會(huì)發(fā)生分解，而微生物很容易在生命的最后幾天或死后滲入其中。
他說：“我們不能從尸檢材料中對(duì)一種疾病的發(fā)病機(jī)理做出太多假設(shè)，更何況這種疾病的發(fā)展軌跡大約有30年。”
在 Dudley 的論文發(fā)表之前，臺(tái)灣進(jìn)行了一項(xiàng)長達(dá)十年的研究，跟蹤調(diào)查了 8000 多名被診斷為單純皰疹病毒的患者，并將他們與 25000 名沒有被診斷為此病的對(duì)照組進(jìn)行了比較?；加邪捳罱M患阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)增加了 2.5 倍，但是那些接受積極藥物治療的人患阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)幾乎沒有增加4。
不過，在這個(gè)理論被高度關(guān)注之前，感染可能以某種方式引發(fā)阿爾茨海默癥的想法就已經(jīng)有足夠的吸引力讓研究人員啟動(dòng)臨床試驗(yàn)。
2017 年，紐約市哥倫比亞大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開始測試抗病毒藥物伐昔洛韋是否可以減緩輕度阿爾茨海默病患者的認(rèn)知衰退和淀粉樣斑塊的形成，這些人的單純皰疹病毒抗體檢測也呈陽性。預(yù)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果將于 2022 年公布。
尋找因果證據(jù)
當(dāng)對(duì)人類研究僅能提供相關(guān)性關(guān)系時(shí)，研究人員往往會(huì)轉(zhuǎn)向動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以期找到因果關(guān)系。但阿爾茨海默癥的動(dòng)物模型并不完美，例如，小鼠不會(huì)隨著年齡的增長而發(fā)展出標(biāo)志性的斑塊，除非它們經(jīng)過基因工程產(chǎn)生斑塊。
目前廣泛使用的 5xFAD 轉(zhuǎn)基因小鼠對(duì) 5 個(gè)相關(guān)的基因進(jìn)行了編輯，這些基因編碼前淀粉樣蛋白和將其切割成淀粉樣蛋白-β 的酶。這些小鼠以超高的水平表達(dá)這些基因，它們?cè)谥挥袃蓚€(gè)月大的時(shí)候就開始出現(xiàn)斑塊。
神經(jīng)遺傳學(xué)家 Rudolph Tanzi 和他在查爾斯頓馬薩諸塞州總醫(yī)院的同事正在使用 5xFAD 小鼠模型來研究阿爾茨海默癥。這一切開始于 2008 年某個(gè)星期五的下午，當(dāng)時(shí)他們科室正在進(jìn)行傳統(tǒng)的 “啤酒一小時(shí)”——也被員工和學(xué)生稱為 “態(tài)度調(diào)整一小時(shí)”。
Tanzi 一直在一些新的人類基因組學(xué)數(shù)據(jù)中尋找阿爾茨海默癥的風(fēng)險(xiǎn)基因，他對(duì)列表中出現(xiàn) CD33 基因——一種在先天免疫系統(tǒng)中廣泛表達(dá)的蛋白質(zhì)——感到很疑惑。于是，他去隔壁問他的朋友 Rob Moir，問他對(duì)先天免疫系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)致阿爾茨海默癥的候選基因這個(gè)奇怪的想法有什么看法。
Moir 是一位神經(jīng)科學(xué)家，他正忙著研究生命科學(xué)文獻(xiàn)中的新內(nèi)容，并偶然看到了一篇關(guān)于抗菌肽的論文，抗菌肽存在于許多先天免疫途徑中。他叫住了 Tanzi ：“老哥，你看看這個(gè)?！?/p>
他的電腦上顯示了一張描述這些肽的表格，所有這些肽的長度都與淀粉樣蛋白-β 相似，而且具有一些類似的特性。他問：“你認(rèn)為淀粉樣蛋白-β 有可能是一種抗菌肽嗎？”Tanzi 毫不猶豫地說：“那我們來驗(yàn)證一下吧！”
Moir 接受了這一想法。Tanzi 回憶道：“他就像只咬住拖鞋的狗狗，對(duì)這個(gè)想法不肯放手。”
盡管 β-淀粉樣蛋白在所有物種中都高度保守——這是生物具有功能的強(qiáng)有力指標(biāo)，但是在當(dāng)時(shí)還沒有人考慮過它本身是否具備特定的功能。這一序列至少有 4 億年的歷史，大約三分之二的脊椎動(dòng)物都存在這個(gè)序列。他們推測，這可能不僅僅是一個(gè)壞角色，也許它有好人的功能，捕獲進(jìn)入大腦的微生物，并阻止它們引起疾病。當(dāng)大腦老化并失去有效清除淀粉樣蛋白的能力時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)出錯(cuò)。
從事微生物學(xué)的 Tanzi 立馬要求研究生 Stephanie Soscia 盡快研究 β-淀粉樣蛋白是否可以殺死試管中 8 種常見的致病微生物，包括肺炎鏈球菌和大腸桿菌。她發(fā)現(xiàn)，它至少跟目前已知的抗菌肽效果相當(dāng)。
他們?cè)?2010 年將這一結(jié)果登報(bào)發(fā)表5，在接下來的幾年里，Mori 主持了一系列更為深入的實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證他們現(xiàn)在所稱的抗菌素保護(hù)假說。他們將鼠傷寒沙門氏菌直接注射到 5xFAD 小鼠的大腦中，發(fā)現(xiàn)它們比非轉(zhuǎn)基因、無菌斑的小鼠存活的時(shí)間更長。他們使用致病真菌白色念珠菌在線蟲身上也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。在這兩種情況下，淀粉樣蛋白形成了粘滯的網(wǎng)狀物，吞噬并清除了病原菌6（見下圖）。
然后，研究小組將注意力轉(zhuǎn)移到皰疹病毒上，皰疹病毒已成為與阿爾茨海默癥聯(lián)系最密切的人類病原體。他們將單純皰疹病毒 1 型注射到 5xFAD 小鼠和正常小鼠的大腦中。三周不到的時(shí)間，轉(zhuǎn)基因小鼠的大腦中就布滿了淀粉樣斑塊。當(dāng)研究小組用致死劑量的單純皰疹病毒 1 型重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)基因小鼠比對(duì)照組活得更長——并且在兩天內(nèi)，它們的大腦中出現(xiàn)了斑塊7。Tanzi 說：“這真的很神奇。”
單純皰疹病毒 1 型非常普遍，以至于全世界超過一半的人體內(nèi)都有這種病毒。但 Mori 還想檢測一下人皰疹病毒6型的效果，這種病毒在 10%的健康人大腦中都有發(fā)現(xiàn)，雖然通常水平較低，效果尚不清楚。
小鼠對(duì)人皰疹病毒 6 型感染有抵抗力，因此 Mori 的研究小組在人類神經(jīng)細(xì)胞的 3D 培養(yǎng)中探究了這種病毒的影響，這種 3D 培養(yǎng)模擬了阿爾茨海默癥某些方面的特征。正常情況下，這個(gè)迷你腦組織器官在培養(yǎng)六周后開始累積淀粉樣斑塊和 tau 蛋白纏結(jié)。但是，正如研究人員在老鼠身上看到的那樣，在注射人皰疹病毒 6 型的兩天后斑塊就出現(xiàn)了7。
Moir 和 Tanzi 繼續(xù)研究皰疹病毒對(duì)類腦器官中 tau 蛋白纏結(jié)形成的影響，以及纏結(jié)是否能阻止病毒在神經(jīng)元中的傳播。不幸的是，Mori 在 2019 年 12 月死于一場突發(fā)急疾，但是 Tanzi 說他的團(tuán)隊(duì)仍然在從事這項(xiàng)工作。
他說，到目前為止，他的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，“如果你正在產(chǎn)生 β-淀粉樣蛋白，你將在感染中存活得更好”。但他也承認(rèn)，要找到真正的證據(jù)——看到感染引發(fā)淀粉樣蛋白級(jí)聯(lián)反應(yīng)然后導(dǎo)致疾病——還有很長的路要走。
他說：“我們還沒有看到確鑿的證據(jù)?！蹦壳斑€沒有人知道 β-淀粉樣蛋白的抗菌特性是否真的是作為正常生理過程的一部分在人體中部署的，也沒有人知道它們?cè)诖竽X防御機(jī)制的總體規(guī)劃中有多重要。就像罕見的基因突變一樣，感染可能是導(dǎo)致阿爾茨海默癥發(fā)作的一種方式。
Tanzi 的實(shí)驗(yàn)室意識(shí)到，不管是什么引發(fā)了疾病的發(fā)生，在病人死亡時(shí)都可能已經(jīng)不復(fù)存在了，因此他們正在開發(fā)分離和分析單個(gè)斑塊的技術(shù)，看看是否有微生物被困在其中。他說，這更像是一種考古挖掘。
圖.在阿爾茨海默病小鼠模型中，小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞聚集在斑塊周圍。
支持性研究
Tanzi 的工作還沒有被獨(dú)立復(fù)制，但其它實(shí)驗(yàn)已經(jīng)為抗菌保護(hù)假說提供了間接支持。例如，位于加利福尼亞州南舊金山的生物技術(shù)公司 Genentech 的科學(xué)家表明，一種被稱為 PILRA 的基因的突變（該基因在各種免疫細(xì)胞中表達(dá)），與阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)8。這種基因產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)，幫助皰疹和其他病毒進(jìn)入神經(jīng)元，研究人員說這種基因突變可能阻止病原體的進(jìn)入。
最有趣的是，紐約紀(jì)念斯隆凱特林癌癥中心化學(xué)生物學(xué)家 Yue Ming Li 實(shí)驗(yàn)室 2020 年的一篇論文提供了一種可能將神經(jīng)炎癥與 β-淀粉樣蛋白的產(chǎn)生聯(lián)系起來的機(jī)制9。Li 的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)病毒進(jìn)入大腦時(shí)，一種叫做 IFITM3 的蛋白質(zhì)表達(dá)會(huì)被激活。這種蛋白質(zhì)與一種淀粉樣蛋白制造酶（稱為 γ-分泌酶）結(jié)合，增加淀粉樣蛋白的產(chǎn)生。
Li 和他的團(tuán)隊(duì)觀察了來自腦庫的樣本，發(fā)現(xiàn) IFITM3 基因的表達(dá)隨著年齡的增長而增加。阿爾茨海默病患者的大腦中也高于對(duì)照組。更重要的是，在腦細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)一種叫做干擾素的促炎細(xì)胞因子，增加了 IFITM3 和 β-淀粉樣蛋白的水平（在人腦樣本中同樣如此。只要他們發(fā)現(xiàn)更多的 IFITM3，他們就會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的干擾素）。
他們說，這一切都表明，這種蛋白質(zhì)可能是炎癥和淀粉樣蛋白生成過程的中間環(huán)節(jié)。
Li 教授目前正在研究 IFITM3 是否能成為一種生物標(biāo)志物，幫助決定哪些病人可能被招募進(jìn)抗炎治療或針對(duì) γ-分泌酶的藥物的臨床試驗(yàn)。他還在探索這種蛋白質(zhì)是否能成為藥物開發(fā)的靶標(biāo)。
De Strooper 說，這些研究結(jié)果“向前邁出了一大步”，因?yàn)樗鼈兘沂玖嗽S多復(fù)雜疾?。òò┌Y）的特征。他說，這一過程“可能是由導(dǎo)致家族性阿爾茨海默病的突變引起的，這種突變導(dǎo)致更多的淀粉樣蛋白引起炎癥，也可能是感染引起炎癥，這種炎癥導(dǎo)致淀粉樣肽過量產(chǎn)生?！?/p>
他說，如果這一點(diǎn)成立，那么對(duì)阿爾茨海默癥的治療將有重要意義，因?yàn)樽钄?β-淀粉樣蛋白的產(chǎn)生可能意味著感染突然能對(duì)大腦構(gòu)成更大的威脅?！暗@完全是推測，這取決于 β-淀粉樣蛋白在大腦的全局防線中的重要性?！?/p>
一些研究人員仍然懷疑感染是引起阿爾茨海默癥的主要原因。倫敦大學(xué)學(xué)院的 John Hardy 因在阿爾茨海默癥方面的工作與 de Strooper 等人分享了 2018 年大腦獎(jiǎng)（the 2018 Brain Prize）。他說，他“賭 5 英鎊，而非 500 英鎊”，賭抗菌素保護(hù)理論是正確的。
但是，他說：“我認(rèn)為這一理論不會(huì)被證明，我不認(rèn)為除了遺傳學(xué)之外，關(guān)于阿爾茨海默癥還有什么需要解釋的。”
而英國愛丁堡大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 Tara Spires-Jones 表示，雖然目前的數(shù)據(jù)說明了感染通過制造炎癥來引發(fā)一些阿爾茨海默癥病例的可能性，但正常的衰老過程也可能是一種解釋。她指出，老齡化是患上阿爾茨海默癥的最大風(fēng)險(xiǎn)因素?！霸谖覀€(gè)人看來，隨著年齡的增長，大腦中普遍存在的炎癥更有可能是原因。”
然而，如果有正確的模型，一些科學(xué)家認(rèn)為感染理論是可以證明的，即使也很難證明阿爾茨海默癥病例中有多大比例是由微生物引起的。
Jacobson 被這些新的可能性所吸引，并希望開發(fā)一種狨猴模型來測試感染理論，因?yàn)檫@種小型靈長類動(dòng)物比其他模型更準(zhǔn)確地模擬了人類的阿爾茨海默病。Tanzi 正計(jì)劃使用一種小鼠模型，它的淀粉樣蛋白基因已經(jīng)被換成了人類的等效基因，因此它能以正常的生理水平表達(dá)人類的 β-淀粉樣蛋白。
除此之外，還有另一個(gè)關(guān)鍵步驟——重復(fù)出現(xiàn)有的研究結(jié)果。
至于 Norin 的獎(jiǎng)金，到目前為止已有 40 名申請(qǐng)者提交了作品，希望能在 3 月份的挑戰(zhàn)賽結(jié)果公布時(shí)拿到獎(jiǎng)金。Norin 意識(shí)到這項(xiàng)任務(wù)的艱巨性。他說，微生物導(dǎo)致阿爾茨海默癥的證據(jù)將會(huì)是“最難提供的證據(jù)”。
參考文獻(xiàn)：
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原文鏈接：https://www.nature.com/articles/d41586-020-03084-9
作者｜Alison Abbott
編譯｜Johnson
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編輯｜笑咲
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