2020年，阿爾茨海默病依舊撲朔迷離。
深耕幾十年的β淀粉樣蛋白和tau蛋白領(lǐng)域終點(diǎn)難尋，科學(xué)們不得不轉(zhuǎn)而用另一種角度去思考阿爾茨海默病的病因。
2017年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)β淀粉樣蛋白其實(shí)是一種抗感染蛋白；2018年，來自中國臺(tái)灣的隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)皰疹病毒感染竟會(huì)增加癡呆風(fēng)險(xiǎn)；同年，科學(xué)家揭示了兩種人類皰疹病毒（HHV）參與調(diào)控阿爾茨海默病相關(guān)基因的機(jī)制。
這一切似乎都在暗示我們，阿爾茨海默病其實(shí)是存在特定病原體的，而這個(gè)幕后元兇就是生活中非常常見的皰疹病毒。
近期，《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)新的研究成果，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在人類誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞（hiNSC）構(gòu)成的3D大腦模型中，1型單純皰疹病毒（HSV-1）感染竟然能夠在完全沒有其他因素參與的情況下，誘導(dǎo)淀粉樣蛋白沉淀形成、神經(jīng)膠質(zhì)增生、神經(jīng)炎癥和神經(jīng)功能下降——也就是阿爾茨海默病的標(biāo)志性病理變化！[1]
另外，這個(gè)3D模型也是第一個(gè)阿爾茨海默病的3D大腦模型，而且并不依賴與APP、PSEN1/2等相關(guān)基因突變，對(duì)未來的研究可以說是非常有力的工具。
HSV-1感染的細(xì)胞（圖源：wiki）
其實(shí)被認(rèn)為與阿爾茨海默病有關(guān)的病原體并不少，例如肺炎衣原體、伯氏疏螺旋體（Borrelia burgdorferi）、光滑念珠菌（ Candida glabrata）等等。最常被提到的則是以1型單純皰疹病毒（HSV1）和6型人類皰疹病毒（HHV-6）為主的皰疹病毒科。
這些病毒很常見，據(jù)估計(jì)，90%的人到70歲時(shí)都會(huì)攜帶HSV-1，而幾乎每個(gè)嬰兒出生后都會(huì)感染HHV-6，這些病毒能夠靜靜地在我們體內(nèi)潛伏數(shù)十年。
今天主要介紹的HSV-1，是一種嗜神經(jīng)雙鏈DNA病毒，主要存在外周神經(jīng)中。HSV-1的激活可以沒有癥狀，主要表現(xiàn)為唇部皰疹，極少數(shù)情況下也會(huì)發(fā)生單純皰疹性腦炎（HSE）——這說明，HSV-1是可以穿透血腦屏障的[2]。
了解了單純皰疹性腦炎，就不由得人懷疑HSV-1與阿爾茨海默病的關(guān)系了。通過對(duì)病例的觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)，HSV-1感染腦部的區(qū)域與阿爾茨海默病病理發(fā)生的腦區(qū)基本一致，而且腦炎患者也常常表現(xiàn)出典型的認(rèn)知和行為障礙[3]。
更進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，阿爾茨海默病患者的腦部存在HSV-1；而超過3萬人的中國臺(tái)灣隊(duì)列更是明白指出，HSV-1感染會(huì)使癡呆風(fēng)險(xiǎn)上漲2.564倍，同時(shí)進(jìn)行抗病毒治療則能降低九成風(fēng)險(xiǎn)。
如果能夠從頭揭發(fā)HSV-1感染誘導(dǎo)人腦組織產(chǎn)生阿爾茨海默病的過程，那就可以說是徹底實(shí)錘了。
單純皰疹病毒（圖源：wiki）
但是這卻并不容易。
目前，大多數(shù)體外的人類阿爾茨海默病模型主要依賴來自早發(fā)性阿爾茨海默病患者的細(xì)胞——換言之，其實(shí)就是靠APP、PSEN1、PSEN2這三種與β淀粉樣蛋白產(chǎn)生有關(guān)的基因的突變。雖然這確實(shí)可以一定程度上重現(xiàn)病理過程，但實(shí)際上這些患者只占全部患者的比例不到5%，這意味著很多潛在的環(huán)境因素和因果關(guān)系都被忽視了。
這就是本次研究提出的模型的優(yōu)越之處了。
此前，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出了由真皮成纖維細(xì)胞重編程人類誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞（hiNSC）的技術(shù)，這種hiNSC可以迅速擴(kuò)增和分化，在沒有復(fù)雜分化方案和培養(yǎng)基要求的情況下，短短4天之內(nèi)就能夠自發(fā)生成多種神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，而且它們對(duì)各種生長因子、藥物都很敏感，也很容易被寨卡病毒等嗜神經(jīng)病毒感染[4]。
將這種hiNSC植入生物材料制作的支架，并注入膠原蛋白凝膠，就能夠生成具有代表性大腦結(jié)構(gòu)的體外3D人類大腦組織模型，觀察神經(jīng)突觸、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、電生理都不成問題。
3D模型的制造過程
首先，hiNSC是的確可以被HSV-1感染的。在感染復(fù)數(shù)（MOI）為1的情況下，共培養(yǎng)24小時(shí)，幾乎100%的hiNSC都感染了HSV-1，病毒水平隨培養(yǎng)時(shí)間延長而增加。同時(shí)，感染細(xì)胞也能夠分泌HSV-1感染其他細(xì)胞。
這表明低水平的病毒感染可以隨時(shí)間推移導(dǎo)致高水平感染，這也與臨床上患者的HSV-1感染再激活很像。
不同MOI下培養(yǎng)24小時(shí)的結(jié)果
高水平的病毒感染對(duì)hiNSC來說是致命的，MOI越高、細(xì)胞凋亡就越多，即使MOI為0.01的情況下也會(huì)導(dǎo)致大量細(xì)胞死亡，所以研究者采取極低MOI 0.0001感染細(xì)胞。
有趣的是，研究者觀察到hiNSC一些特殊的變化。簡(jiǎn)單來說，被感染的hiNSC形成了特殊的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，與此前研究發(fā)現(xiàn)的阿爾茨海默病患者大腦中的合胞體相似[5]。感染時(shí)神經(jīng)元越不成熟，形成的多細(xì)胞團(tuán)塊結(jié)構(gòu)就越大。
HSV-1感染導(dǎo)致的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)
通過特殊的熒光染色和ELISA，研究者發(fā)現(xiàn)在這些多細(xì)胞結(jié)構(gòu)中存在淀粉樣蛋白原纖維，而且其中增加的主要是Aβ1-42，Aβ1-40則沒有變化，這也是和阿爾茨海默病的病理表現(xiàn)一致的[6]。
經(jīng)過qPCR，研究者發(fā)現(xiàn)，HSV-1會(huì)引起APP和BACE1表達(dá)的下調(diào)，以及PSEN1/2表達(dá)的上調(diào)。
考慮到β淀粉樣蛋白沉淀并不是阿爾茨海默病唯一的病理特征，研究者還分析了神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFT）的存在。結(jié)果，在SV-1感染的hiNSC中，淀粉樣蛋白原纖維的附近確實(shí)存在不少組成NFT的tau蛋白。
HSV-1導(dǎo)致β淀粉樣蛋白原纖維的出現(xiàn)
既然β淀粉樣蛋白沉淀和神經(jīng)纖維纏結(jié)這兩大主要特征已經(jīng)初露端倪，那么阿爾茨海默病的其他病理變化自然也得檢查一下。
在HSV-1感染后，hiNSC中多種膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物表達(dá)水平高度上調(diào)，而且由HSV-1誘導(dǎo)產(chǎn)生的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出一種特殊的多核球狀，這也與阿爾茨海默病患者尸檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的星形膠質(zhì)細(xì)胞融合現(xiàn)象一致[7]。
包括腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白介素1β（IL-1β）、IL-6和干擾素γ（IFN-γ）在內(nèi)的多種與阿爾茨海默病有關(guān)的炎性細(xì)胞因子也都在HSV-1感染之后表達(dá)驟升。
作為類器官，HSV-1感染的3D模型也表現(xiàn)出了較弱的電生理活動(dòng)，與阿爾茨海默病患者的腦功能受損相應(yīng)。
電生理活動(dòng)顯著降低
那么，針對(duì)HSV-1的抗病毒治療是否能夠挽救“大腦”呢？
研究者選擇了常見的抗病毒藥物VCV。結(jié)果顯示VCV能在降低HSV-感染的同時(shí)，也大幅度減少相關(guān)病理現(xiàn)象。值得注意的是，如果在HSV-感染之前給藥，那么幾乎可以避免HSV-感染和病理現(xiàn)象的出現(xiàn)，但感染之后給藥，就只能逆轉(zhuǎn)一部分了。
由此可見，低水平的HSV-1感染的確與阿爾茨海默病的發(fā)生密不可分。不過HSV-1感染其實(shí)也相當(dāng)常見，其中更復(fù)雜的過程還需要進(jìn)一步研究去探索。
編輯神叨叨
此外，我們還準(zhǔn)備了少量紙質(zhì)版講義，購買課程后加主編微信即可免費(fèi)申領(lǐng)，先到先得！
參考資料：
[1]https://advances.sciencemag.org/content/6/19/eaay8828
[2] H. Liu, K. Qiu, Q. He, Q. Lei, W. Lu, Mechanisms of blood-brain barrier disruption in herpes simplex encephalitis. J. Neuroimmune Pharmacol. 14, 157–172 (2019).
[3] M. J. Ball, “Limbic predilection in Alzheimer dementia: Is reactivated herpesvirus involved?”. Can. J. Neurol. Sci. 9, 303–306 (1982).
[4] D. M. Cairns, D. S. S. K. Boorgu, M. Levin, D. L. Kaplan, Niclosamide rescues microcephaly in a humanized in vivo model of Zika infection using human induced neural stem cells. Biol. Open 7, bio031807 (2018).
[5] W. Bondareff, Age-related changes in brain extracellular space affect processing of amyloid-β peptides in Alzheimer’s disease. J. Alzheimers Dis. 35, 1–6 (2013).
[6] B. De Strooper, R. Vassar, T. Golde, The secretases: Enzymes with therapeutic potential in Alzheimer disease. Nat. Rev. Neurol. 6, 99–107 (2010).
[7] B. G. Perez-Nievas, A. Serrano-Pozo, Deciphering the astrocyte reaction in Alzheimer’s disease. Front. Aging Neurosci. 10, 114 (2018).
本文作者 | 代絲雨
聯(lián)系客服
