腦成像技術解決老年痴呆症關鍵蛋白擴散的爭論

【博科園-科學科普】腦成像技術的最新進展使科學家首次展示了一種關鍵的蛋白質，它能在阿爾茨海默氏病的大腦中引起神經細胞的死亡，從而阻斷其傳播，從而阻止疾病的蔓延。全世界估計有4400萬人患有老年痴呆症，這種疾病的癥狀包括記憶問題、行為的改變和獨立性的逐漸喪失。這些癥狀是由兩種異常蛋白質的大腦積聚造成的:澱粉樣蛋白和tau蛋白。人們認為，澱粉樣蛋白是首先出現的，它鼓勵了tau蛋白的出現和擴散，而正是這種蛋白質破壞了神經細胞，吞噬了我們的記憶和認知功能。

直到幾年前，只有通過研究阿爾茨海默氏症患者的大腦，才能觀察到這些蛋白質的積累。然而，正電子發射斷層掃描(PET)掃描技術的最新發展使得科學家們能夠開始對那些還活著的病人進行成像：一個病人被注射了放射性的配體，這是一種與目標(tau)結合的示蹤分子，可以通過PET掃描儀檢測到。

老年痴呆症患者的PET掃描。圖片版權：public domain

在1月5日發表在《大腦》雜誌上的一項研究中，劍橋大學的科學家領導的一個研究小組描述了使用一組成像技術來研究與控制相比，在17個阿爾茨海默氏症患者中，tau蛋白與大腦的連接是如何聯繫的。科學家們一直在猜測tau是如何在大腦中出現的。

一個假設是有害的tau從一個地方開始，然後擴散到其他區域，引發連鎖反應。這一被稱為「跨神經擴散」的觀點得到了小鼠研究的支持。當小鼠被注入異常的人類tau蛋白時，蛋白質在大腦中迅速傳播;然而，這一證據是有爭議的，因為注射的tau蛋白相對於人類大腦中所觀察到的tau蛋白水平要高得多，而蛋白質在老鼠大腦中迅速傳播，而在人腦中傳播很慢。

還有另外兩個相互競爭的假設。「代謝脆弱性」假說認為，tau蛋白是在神經細胞中產生的，但某些區域的代謝需求更高，因此更容易受到蛋白質的影響。在這些病例中，tau蛋白是細胞痛苦的標誌。

第三個假設是「營養支持」，也表明一些大腦區域比其他區域更容易受到傷害，但這與新陳代謝的需求有關，更多的是與缺乏營養的區域或基因表達模式有關。由於PET掃描的發展，現在可以比較這些假設。五年前這種類型的研究是不可能的，但由於成像的最新進展可以測試這些假設。

Cope博士和他的同事們研究了阿爾茨海默氏症患者大腦內部的功能聯繫——換句話說，他們的大腦是如何被連接起來的——並將其與tau蛋白的水平相比較。他們的發現支持了跨神經元傳播的觀點，即tau蛋白在一個地方開始傳播，但與其他兩個假說的預測相反。

如果跨神經元傳播的想法是正確的，那麼大腦中高度連接的區域應該擁有最大的tau，並將其傳遞給它們的連接。這和我們在流感流行中看到的情況是一樣的，例如那些擁有最大網路的人最有可能感染流感，然後把病毒傳染給其他人。這正是我們所看到的。

該研究的資深作者James Rowe教授補充道：在阿爾茨海默氏症中，tau首先出現的最常見的腦區是entorhinal皮質區，它位於海馬體的旁邊，即『記憶區』。這就是為什麼老年痴呆症最早的癥狀往往是記憶問題。但我們的研究表明，tau蛋白會在大腦中傳播，感染和破壞神經細胞，導致患者的癥狀越來越嚴重。

對跨神經元傳播假設的確認很重要，因為它表明我們可能通過開發藥物來減緩或阻止阿爾茨海默病的發展，從而阻止tau蛋白沿著神經元運動。同樣的研究小組也觀察了17個受另一種類型的痴呆症影響的患者，稱為漸進性超核性麻痹(PSP)，這種罕見的疾病會影響平衡、視力和言語，但不會影響記憶。

在PSP患者中，tau蛋白往往出現在大腦的底部，而不是整個大腦。研究人員發現，這些患者的tau蛋白積累模式支持第二種假說，即代謝脆弱性和營養支持，但不支持tau蛋白在大腦中傳播的觀點。研究人員還對不同疾病階段的患者進行了研究，研究了tau蛋白的形成對大腦中連接的影響。

在阿爾茨海默氏症患者中，他們發現隨著tau的建立和破壞網路，這種聯繫變得更加隨機，可能解釋了這些病人的困惑和記憶混亂。在PSP中，攜帶大多數健康信息的「高速公路」受到的損害最大，這意味著信息需要沿著更間接的路線在大腦中傳播。這也許可以解釋為什麼PSP患者在回答問題時反應遲鈍，但最終會得到正確的答案。

• 知識：科學無國界，博科園-科學科普

• 參考：《Brain》

• 內容：「博科園」判定符合今主流科學

• 來自：劍橋大學

• 編譯：雙螺旋

• 審校：博科園

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