阿茲海默症是會傳染的嗎？--（續）

之前有提過有個有關阿茲海默症(Alzheimer's disease, AD)的理論是 amyloid-β (Aβ) 是會傳染的，開始的原因是這樣的：

從二十世紀中期開始，生長激素(growth hormone, GH)被用來治療生長激素嚴重不足(growth hormone deficiency, GHD)的孩童，那時候的生長激素來源是從過世者的腦下垂體(pituitary gland)中萃取出來的(cadaveric-derived human growth hormone, c-hGH)，這個方法在北美進行了近三十年，治療了全球共約三萬五千位孩童，直到 1985 年的時候，美國 FDA 收到報告說有四位曾經接受 c-hGH 治療的成人得到 Creutzfeldt–Jakob disease (CJD)[註] 後才停止。之後直到 2012 年全球有約兩百多人因此得到 CJD，經過確認後發現是因為那批 c-hGH 受到 prion 感染。但是除此之外，有八位因為接受 c-hGH 治療的人在過世後解剖時，發現腦部有嚴重的 Aβ 堆積，而這些人都還只是中壯年(36-51 yrs)而已，並且未帶有阿茲海默症的致病突變，那他們的 AD 症狀是怎麼來的呢？

註：prion protein (PrP) 是哺乳類動物本生就有的蛋白(cellular PrP)，但是當它錯誤折疊(misfolded)的時候 -- scrapie PrP，便會引起腦神經性疾病且具傳染性，在人類身上會引起 CJD，在牛身上會引發狂牛症(bovine spongiform encephalopathy, BSE)。

之前也有動物實驗顯示，當把 Aβ 病患的腦部萃取物打入健康老鼠體內後，老鼠腦部也出現 Aβ 堆積。以上種種，於是有學者們認為因為那批 c-hGH 除了受到 prion 感染，同時也有 Aβ 的污染，那八位受過 c-hGH 治療的病患之所以腦部有 Aβ 堆積是因為 Aβ 跟 prion 同樣具傳染性。

前情提要：阿茲海默症是會傳染的嗎？

為了確認這個理論是否正確，這篇研究的作者們找到了當年帶有 prion 的那批生長激素 -- 雖然已過了三十多年。當年準備生長激素的方法有很多種，純化過程有過 size exclusion column (SEC) 的被認為可以降低 prion 的污染，而其中有一種萃取法為 Hartree-modified Wilhelmi procedure (HWP)，是沒經過 SEC 這個步驟的，當初接受治療且得到得到 CJD 的病患用的那批 c-hGH 都是用 HWP 方法萃取出來的。

他們從英國的 Public Health England 那得到了當年的那幾批生長激素，然後檢測裡面是否有 Aβ 和 tau，結果發現所有用 HWP 方法萃取的 c-hGH 都含有 Aβ40 和 tau，另外除了一罐沒有 Aβ42 以外，其他用 HWP 純化的也都有 Aβ42 (他們取得的 HWP 純化的共有五罐)。用其他方法純化的則沒有檢測到任何 Aβ 和 tau。（關於阿茲海默症的致病蛋白和突變基因可點這篇參考）

再來就是檢測這些含有 Aβ 和 tau 的生長激素是否真的能在體內形成 Aβ plaque，他們用的是帶有人類 APP 突變的基轉老鼠，這些老鼠會在六個月大的時候開始出現 Aβ 堆積的徵兆。

實驗是這樣的，他們取得三位 AD 患者的腦部檢體和一位健康者的腦部檢體，分別打入六到八週大的基轉老鼠腦內，腦部檢體是用 PBS 準備的，所以有一個控制組是只打入 PBS，每組有十五隻老鼠，之後在打入後的第 2, 7, 15, 30, 45, 60, 90, 120, 240, 360 和 480 天的時候檢視老鼠腦部看有沒有阿茲海默症的其中一個病徵：cerebral Aβ−amyloid angiopathy (CAA) -- 腦部血管出現 Aβ 堆積。結果顯示再打入後第二天所有老鼠都沒有 Aβ 堆積，表示起始點是一樣的。在打入腦部檢體 120 天後，被打入 AD 病患腦部檢體的老鼠，牠們的腦部的某些區塊 -- 像是大腦皮質和海馬迴 -- 開始出現惹 CAA，但是只打入健康者腦部的和 PBS 的老鼠都沒有出現 Aβ。然後在 240 天(約七、八個月)後，老鼠的腦血管裡出現 Aβ，堆積情形以小腦最為明顯，但是打入健康者腦部檢體的和打入 PBS 的老鼠幾乎沒有 Aβ 堆積的情形。在打入腦部檢體快一年後(360 dpi)的情況和 240 天後的差不多，只是堆積情況更嚴重些。

再來，他們想確認人類的生長激素本身會不會對老鼠有影響，所以先用 recombinant hGH (rec-hGH) 做測試，他們打入不同濃度的 rec-hGH (1.2, 3.6, 11mg/ml) 到基轉老鼠腦中，然後在打入後的 240 天後檢測，都未發現有什麼影響，只有在打入高濃度的 rec-hGH (20mg/ml) 後老鼠立刻死亡。

接著便是測試放了三十幾年的 c-hGH 是否能在 AD 基轉老鼠腦中引起 Aβ 堆積。因為剩下的 HWP c-hGH 量並不多，為了有效利用，他們選擇直接打入老鼠的腦部（當初的孩童是由皮下打入），他們同時也加入 rec-hGH 當作控制組，確認生長激素本身並不會引起 Aβ 的堆積，打入的 rec-hGH 劑量比 c-hGH 較多。在這個實驗中，他們有加入另一組控制組，就是把人類腦部檢體、PBS 和 c-hGH 也打入六到八週大的野生鼠(只有老鼠本身的 APP，沒有人類的)。他們在打入後的 240 天後解剖檢視，發現所有野生鼠都沒有 Aβ 堆積的情形，被打入 rec-hGH 的 AD 基轉老鼠腦部也沒有出現 Aβ 堆積和 CAA 的情形，但是呢，被打入 HWP c-hGH 的老鼠腦部有明顯的 Aβ 堆積和 CAA，表示 Aβ 本身是個種子，可以在其他動物體內引起 Aβ 堆積，而且即使過了幾十年都還保有這個特性。

這個結果看起來是滿有力的證據，不過我覺得他們如果有用其他非 HWP 純化的 c-hGH 當做控制組會更有力。另外要注意的是外來的(exogenous) Aβ 並沒有在正常老鼠腦內引起堆積，而是在帶有 APP 突變的基轉老鼠裡，表示要個體本身就有得到 AD 的風險，外來的 Aβ 只是加速疾病的發生和進展。（也許加入表現人類正常 APP 的基轉老鼠當控制組會比較好）



References:

SA Purro et al, Transmission of amyloid-β protein pathology from cadaveric pituitary growth hormone. Nature (2018)

Z Jaunmuktane et al, Evidence for human transmission of amyloid-β pathology and cerebral amyloid angiopathy. Nature (2015)

VS Ayyar, History of growth hormone therapy. Indian J Endocrinol Meta (2011)