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遗忘基因能否终结老年痴呆

摘要 : 老年痴呆的研究领域正在承认当前方法的局限性,我们需要寻找新方向。

老年痴呆的研究领域正在承认当前方法的局限性,我们需要寻找新方向。

图片来源:Medical Body Scans/Jessica Wilson/SPL

图片来源:Medical Body Scans/Jessica Wilson/SPL

1991年的一天,神经学家Warren Strittmatter让他的老板看了一些令人困惑的数据。当时Strittmatter正在研究淀粉体-β——这是阿尔茨海默氏病患者大脑中分子块的主要成分。他正在寻找淀粉—结合蛋白,但却发现了载脂蛋白E(ApoE),它与该疾病并没有明显联系。

Strittmatter的老板——美国杜克大学遗传学家Allen Roses,立刻意识到自己的同事正在蹒跚接近一些令人兴奋的东西。两年前,该研究小组曾鉴定出阿尔茨海默氏病和染色体19之间存在遗传相关性。Roses知道,编码ApoE的基因也位于染色体19上。“这就像是一只闪电球。”Roses说,“它改变了我的生命。”

而现在,研究人员首次开发出针对ApoE4蛋白质的药物,并吸引了企业的注意。

被忽视的风险

在人体内,APOE基因有3个普通变体或等位基因,编号2、3和4。Roses意识到,应该找出个体的APOE等位基因,看其是否会影响阿尔茨海默氏病患病风险。利用一种名为聚合酶链反应(PCR)的技术能够对变体进行区分。但Roses几乎没有PCR方面的经验,因此他要求团队里的一名博士后检测分别取自患者组和健康对照组的样本。但是,这位博士后拒绝了:他们在忙于寻找潜藏在阿尔茨海默氏病背后的基因,ApoE似乎是没有希望的候选者。Roses回忆起,当时实验室的感觉是,“这是他的一个疯狂想法”。

之后,Roses与妻子Ann Saunders进行了交谈。Saunders是一位小鼠遗传学家,对PCR十分熟悉。当时恰好她正在休产假,于是他们达成了一个协议。“她负责实验,我负责照顾孩子。”他说。3周内,他们收集了数据,这些数据将加速显示APOE4等位基因与阿尔茨海默氏病患病风险的大幅增加有关的标志性论文的出现。

20年来,APOE4仍然是阿尔茨海默氏病的首要遗传风险因素。继承APOE4的一个副本,患病风险就会增加4倍;有两个副本,风险就会增加到12倍。但是,Roses的数据一直饱受争议和忽视。数年来,当研究人员蜂拥研究淀粉体-β后,他们对APOE的兴趣变小,只有少量实验室在继续研究APOE。

即便到现在,ApoE蛋白质在大脑中的功能依然未知。对这样重要信息的忽视让阿尔茨海默氏病领域之外的一些人感到困惑。在德国法兰克福举行的一个脑疾病论坛上,法国巴黎巴斯德研究所孤独症专家Thomas Bourgeron表达了他的困惑。“如果我知道有一个这样的风险因素,我会热衷于追逐它的。”

不过,对脂蛋白兴趣的回升,部分原因是以淀粉体-β为目标的尝试让主要的临床试验反复失望所致。制药公司开始撤回基于淀粉体的方法,一些学者将注意力转向分子方面。

“淀粉体假设变成了有力的正统科学,它开始因信仰而非证据被接受。”预防阿尔茨海默氏病2020运动的主席 Zaven Khachaturian说。他提到,直到最近,“没有人回头问一问,我们有关该疾病的基本前提是否正确”。

激烈竞争

对于Roses的发现被忽视的原因可谓见仁见智,但许多人同意,一部分原因是它不合时宜。1991年,John Hardy和David Allsop提出“淀粉体层叠假设”。该理论假设阿尔茨海默氏病是由大脑中反常堆积起的淀粉体-β簇导致的。很多人支持该观点,于是它战胜了该领域大部分可能的发现。

但Roses并不同意该理论。“淀粉样蛋白是积累成斑块并导致细胞死亡和大脑萎缩的诸多物质之一。”他说,“我从不认为它是起因。”这样说来,他可能会打消其他人调查ApoE—淀粉体联系的念头,并在不经意中建立起了两种假说间的竞争。他也没有得到其他经费支持ApoE研究。

另外,ApoE研究仍面临技术障碍。这种蛋白质遍及人体,这就难以将大脑中的分子作为靶点。而且,英国阿斯利康公司的Menelas Pangalos指出,ApoE通常与脂肪绑在一起,因此在生化检验中易于粘住其他分子。

研究此类蛋白质需要非常熟悉脂质生物化学。“如果想研究ApoE生物学,你确实需要献身实验室,理解这些技术。”圣路易斯华盛顿大学神经学家David Holtzman说。Holtzman正是这样做的,他建立了单独实验室,开发中枢神经系统脂蛋白处理技术。

淀粉体则是更容易的目标。经过20年研究,产生了一系列调节淀粉体-β新陈代谢的药物,但这些药物并未达到预期目标。2012年,六种药物已经达到临床试验II或III阶段,但由于安全性或缺乏效果,其中一半被放弃。“大量的失败实验令人恐惧。”加州大学旧金山分校格莱斯顿心血管疾病研究所所长Lennart Mucke说,“这吓跑了很多大公司。”

剩余的3种以淀粉体-β为靶点的候选药物,正在阿尔茨海默氏病患者及面临高风险但未出现症状的人身上进行试验。影像学研究揭示,具有高患病风险个体的大脑外观和行为在阿尔茨海默氏病症状出现的数十年前就有所不同。相关试验将检测药物能否阻止或延缓疾病。

Mucke提到,如果预防试验失败,学界应该劝服公司带着前临床试验和早期临床试验数据重新回到书桌前。他乐观地认为,ApoE研究可能很快就会产生影响。尽管这一领域存在障碍,但人们对ApoE4如何增加风险有了新的认识——Holtzman团队和Mucke团队通过转基因小鼠获得了发现。该分子可能通过两个不同的路径导致阿尔茨海默氏病,一种依赖淀粉体,一种则不涉及淀粉体。

不止阿尔茨海默氏病

“线粒体损伤假说为ApoE4为何会做‘坏事’提供了相当有逻辑和保守的解释。”Mucke说,“不只在阿尔茨海默氏病的背景下,也可能在其他疾病背景下。”有证据证明它或许也是帕金森氏病和癫痫症的风险因素。它也可能涉及脑损伤后不良结果产出风险的增加,以及未经处理的艾滋病病毒感染的更快蔓延。目前,已有15家生物技术公司打算与格莱斯顿合作,开发此类和相似药物。

尽管无法获得经费,Roses从未放弃对ApoE的研究。但就在他的团队发现了ApoE和阿尔茨海默氏病间的联系后,他对无休止的经费斗争感到疲倦。于是,他离开学术界,进入产业界。在2008年重回杜克大学前,他在企业中度过了10年,继续研究ApoE。

2009年,他的团队描述了TOMM40基因中的一种非编码DNA的延伸,TOMM40在染色体19中位于APOE旁边。这种DNA延伸(简写为523)在长度方面有变化。523的长度能决定TOMM40和APOE的表达程度。

Roses表示,该发现是重要的,因为被TOMM40编码的蛋白质(Tom40)对线粒体健康至关重要。Tom40能在线粒体膜外部形成一个通道,用于输入蛋白质。离开这些蛋白质,线粒体就不能划分。“这是一个重要影响。”Roses说,“但在阿尔茨海默氏病领域并不著名。”

Roses接着建议523应该被用于开发相关疗法,及改善阿尔茨海默氏病风险试验。如果活得足够长,大部分人都会患阿尔茨海默氏病,但仅有大约25%的人携带APOE4等位基因。结果是,APOE4预断测试将只得出部分信息。但Roses表示,APOE和TOMM40基因分型将能提供广泛人群的信息。

其他实验室也发现证据支持Roses的假设,但有人尝试复制其有关TOMM40的发现遭遇了失败。2012年,现就职于英国伦敦大学学院的Hardy和同事Rita Guerreiro撰写了一篇评论,指出TOMM40不会独立地影响阿尔茨海默氏病的患病风险。

但Roses对自己的假设并未动摇,他希望能很快得到更多临床数据支持他的发现。未来几年产生的成果将能让研究人员重估其对痴呆症的理解。“该领域正在承认当前方法的局限性,我们需要寻找新方向。”Khachaturian说。

原文链接:Alzheimer's disease: The forgetting gene

来源: 中国科学报 浏览次数:118

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