多運動可減緩阿茲罕默症 -- 運動賀爾蒙鳶尾素(irisin)

也許你知道運動有益大腦健康，可以減緩阿茲海默症，但你知道為什麼嗎？原來這和賀爾蒙鳶尾素有關。

🁢 鳶尾素是什麼？

鳶尾素是 2012 年時由 Boström 發現的，他們觀察到當基轉老鼠的肌肉表現較多的 PGC1α，牠們比較不會變胖和得糖尿病外，壽命也比較長，認為 PGC1α 應該促使肌肉分泌了某些東西，然後發現了穿膜蛋白 FNDC5 (Fibronectin type III domain-containing protein 5) 在被蛋白酶從頭尾兩端切割後，產生的中間約一百多個氨基酸長的片段(D32-E143)會被分泌到血液中，他們以希臘女神 Iris 幫它取名為 irisin。

除了肌肉會分泌鳶尾素，皮下脂肪細胞的分泌也是鳶尾素的主要來源之一，它可以刺激脂肪細胞活動，因此除了是運動激素(myokine)，鳶尾素也是脂肪激素(adipokine)。

FNDC5: UniProtKB, OMIM

🁢 鳶尾素的功能有哪些？

Boström 他們發現不管人類還是老鼠，運動後都會產生鳶尾素。老鼠在跑了三個禮拜的輪子後，血液中的鳶尾素上升了 65%，人類在做了十個禮拜的耐力訓練後，血液中的鳶尾素增加了一倍。另外，鳶尾素表現較多的基改老鼠，就算不增加運動量或減少飲食，能量消耗還是有增加，體重還是有小下降，胰島素阻抗也有改善。

它的功能包括促使白色脂肪轉變成棕色脂肪，增加體內能量消耗，有助於減重，還有調控脂肪細胞中葡萄糖和脂肪的代謝。

除此之外，大腦的神經細胞和脊髓液 (cerebrospinal fluid, CSF) 也都發現有鳶尾素，可以促進海馬迴裡 BDNF 的表現，進而促進海馬迴(hippocampus)內的神經細胞生長。

🁢 鳶尾素和阿茲海默症的關係

Lourenco (2019) 的研究發現阿茲罕默症(Alzheimer's disease, AD)患者腦部海馬迴和脊髓液裡的鳶尾素表現量比有輕微認知功能障礙的(mild cognition impairment, MCI)和正常的要為低。另外，LBD (Lewy body dementia) 失智患者的 CSF 內的鳶尾素量也比較低，AD 和 LBD 患者血清內的鳶尾素量則和正常人沒明顯差別。

鳶尾素可改善老鼠的記憶力

接著，他們想知道 AD 是如何影響鳶尾素的表現。

他們把 AD 的致病蛋白 Aβ 加到培養的老鼠海馬迴細胞和人類的大腦皮質切片，結果發現細胞裡的 irisin mRNA 和蛋白表現量都減少了。在老鼠實驗中，他們發現被打入 Aβ 的老鼠，其腦部海馬迴中的鳶尾素表現量大為下降。而本身是 AD 基改老鼠的海馬迴裡，在牠們 13-16 個月大、腦部出現 Aβ 堆積癥狀的時候，鳶尾素表現量也是降低的，表示 Aβ 會影響腦內鳶尾素的表現量。

除此之外，為了了解鳶尾素在大腦的功能是什麼，他們敲掉了老鼠的 FNDC5，結果老鼠的腦神經活動 long-term potentiation (LTP) 和記憶力皆降低了。反之，增加老鼠腦部鳶尾素的表現量則可以挽回因打入 Aβ 而降低的記憶力。另外，他們也用病毒把 FNDC5 基因送進 AD 基改老鼠裡，讓其腦部可以大量表現鳶尾素，看能不能因此改善 AD 基改老鼠的表現，結果顯示鳶尾素可以增進 AD 基改老鼠腦部的 LTP 和其記憶力。

運動可改善阿茲海默症

接著，他們接著想知道運動是否能夠對 AD 有實質上的改善，是否能做為治療的一環。他們把 Aβ 打入老鼠 CSF 中後讓他們每天游泳一小時，一週游五天，連續游五個禮拜，看看運動是否能夠預防 Aβ 造成的記憶力衰退。結果顯示老鼠腦部海馬迴的鳶尾素表現不但沒有因為 Aβ 而降低外，老鼠的記憶力也沒有因之衰退。

鳶尾素降低 Aβ 的機制

之後(2023)，麻州綜合醫院(Massachusetts General Hospital, MGH)的研究團隊利用老鼠的 3D 細胞模型，發現鳶尾素之所以可以降低 Aβ，是因為大腦的星狀膠細胞(astrocytes)會分泌腦啡肽酶(neprilysin)，而腦啡肽酶會降解 Aβ，因此腦中腦啡肽酶增加的話，就可以減少 Aβ 堆積。除此之外，他們還發現星狀膠細胞上的鳶尾素受體是 integrin αV/β5，鳶尾素和 integrin αV/β5 的結合會會降低 ERK-STAT3 (signal activator of transcription 3)的訊息傳遞，進而促使細胞分泌腦啡肽酶，降低腦內的 Aβ。

🁢 總結

由此大概可以知道，Aβ 會使腦中的鳶尾素表現量減少，但是可以藉由運動增加鳶尾素的表現，促使細胞分泌腦啡肽酶，進而減少 Aβ 堆積。

雖說不太可能光靠運動就大為改善 AD，不過如果可以某種程度的減少 Aβ 對腦部的傷害也是不錯的，而且用腦啡肽酶來清除 Aβ 應該比用抗體來清的副作用小很多，至少是大腦裡本來就有的東西，感覺還是運動比較可靠，動起來吧大家～ XD


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Article:

NNR / Exercise-linked Hormone Protects Memory in Mouse Models of Alzheimer's (Feb 2019)


Papers:

E Kim, H Kim, MP Jedrychowski et al. Irisin reduces amyloid-β by inducing the release of neprilysin from astrocytes following downregulation of ERK-STAT3 signaling. Neuron (2023) DOI: 10.1016/j.neuron.2023.08.012

MV Lourenco et al, Exercise-linked FNDC5/irisin rescues synaptic plasticity and memory defects in Alzheimer’s models. Nature Medicine (2019)

P Boström et al, Article | Published: 11 January 2012A PGC1-α-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature (2012)


其他相關閱讀：【醫學研究】捲土重來的鳶尾素( Irisin)

阿茲海默症是會傳染的嗎？— 被污染的生長激素

你有想過你會因為施打了生長激素而感染到阿茲海默症嗎？阿茲海默症是會傳染的嗎？

何謂阿茲海默症？

阿茲海默症是失智症的其中一種，主要病徵是大腦中有 β-amyloid (Aβ) 和 tau 蛋白堆積。

該病又分為早發性(early-onset)和晚發性(late-onset, LOAD)。

早發性是遺傳造成的，主要是因為 PSEN1 (presenilin 1)、PSEN2 和 APP (amyloid protein precursor) 帶有突變，導致 β-amyloid (Aβ) 的其中一種 — Aβ42 結塊(aggregates)和堆積，加上 tau 的堆積而引起的，通常在四、五十歲左右就會出現症狀。除此之外，APOE4 也被認為是阿茲海默症相關基因，帶有兩個 APOE4 基因的人患病風險較高。

晚發性的病因則不清楚，目前認為老化是主因，隨著年齡增長 Aβ 錯誤折疊機率越高，進而導致 Aβ 堆積，通常都是六十歲之後才開始出現症狀，65 歲以後患病風險每五年大約增加一倍。

除了老化以外，其他可能原因包括感染和發炎導致 Aβ 堆積，其中被認為可能導致阿茲海默症的感染是皰疹病毒。

相關文章：阿茲海默症真的和皰疹病毒有關嗎？

不過，2016 年的一篇研究掀起了一個熱烈的討論：阿茲海默症是否跟狂牛症和庫賈氏病(Creutzfeldt-Jakob disease, CJD)的普利昂蛋白(prion)一樣會傳染。

Aβ 堆積是怎麼開始的？

已知基因變異導致的 Aβ42 摺疊錯誤會造成堆積，但堆積是怎麼開始的並不清楚。

有個理論是 Aβ 堆積需要一個折疊錯誤的 Aβ 做為種子，有了種子就可以引發一連串的結塊，進而造成堆積。

2006 年的時候，有篇刊在 Science 的研究是把阿茲海默症患者的腦部萃取物注射到阿茲海默症老鼠腦中，可以使老鼠老鼠腦中出現堆積。如果把腦部萃取物中的 Aβ 移除或減少，則會減輕堆積的程度。

之後華盛頓大學(Washington University)的研究顯示把 Aβ 加入培養的神經細胞中後，也會造成 Aβ 結塊堆積。加州 UCSF 的研究則是把大腦萃取出來的 Aβ，或是合成的 Aβ 注射到阿茲海默症老鼠體內，結果發現兩者皆可在老鼠腦中形成 Aβ 結塊堆積。

這些結果皆暗示 Aβ 的自我擴散(self-propagate)能力跟造成狂牛病的 prion 很類似。

傳染爭議的起源：生長激素

阿茲海默症會傳染的想法是從哪裡開始的呢？

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。

英國在 1958 年到 1985 年間，從過世者的腦下垂體(pituitary gland)中萃取出生長激素(cadaveric-derived human growth hormone, c-hGH)用於治療，在那 27 年間英國至少有 1,848 名孩童施打過生長激素，全球則有約三萬五千位孩童接受生長激素治療，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 CJD [註] 後才停止。

註：prion protein (PrP) 是哺乳類動物本生就有的蛋白(cellular PrP)，當其基因 PRNP 發生突變導致錯誤折疊(misfolded)的時候，scrapie PrP，便會引起腦神經性疾病且具傳染性，在牛身上會引發狂牛症(bovine spongiform encephalopathy, BSE)。在人類身上則會造成 CJD，是一個顯性遺傳的疾病。從外界或醫療介入（例如手術）得到的情況很罕見，大概只佔了 1%。

研究發現這些生長激素在準備過程中被 prion 污染了，導致到 2012 為止，在所有共 450 位的 CJD 病患中，有 226 位因施打生長激素感染到 CJD，其中有 80 名孩童在英國。

英國倫敦大學(University College London)的神經學家，同時也是研究主持人 Dr. John Collinge 和他的同事檢視了其中八位年齡在 36-51 歲之間，因為 CJD 而過世的病患腦細胞組織。這些患者在接受最後一劑生長激素治療的約 19 年到 31 年後，才因 CJD 發病過世。

但讓人訝異的是檢驗後發現其中有四位的腦中除了有 prion 外，其腦部還有嚴重的 Aβ 堆積，有兩位是局部的 Aβ 堆積，只有一位完全沒有 Aβ，而這些人都還只是中壯年而已（36-51 歲），並且未帶有阿茲海默症的致病突變，腦中有澱粉樣蛋白 Aβ 堆積是非常罕見的情況。

Collinge 也檢視了其他 116 位沒施打過生長激素的 CJD 病患，看有沒有人同樣有 Aβ 堆積，但沒人有同樣的徵狀。

那這些施打過生長激素的患者為什麼會有阿茲海默症的病徵？

的確有幾批生長激素有 Aβ 污染

之前的動物實驗顯示，把阿茲海默症患者的腦漿注入老鼠腦中，會使老鼠得到阿茲海默症，因此透過被 Aβ 污染的生長激素也可能感染到接受生長治療的孩童。

為了證明這些患者會得到阿茲海默症，是因為施打了被 Aβ 污染的生長激素，他們找到了當年帶有 prion 的那批生長激素 -- 雖然已過了三十多年。

當時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 都含有較不易結塊的 Aβ40 和 tau，而用其他方法純化的則沒有檢測到任何 Aβ 和 tau。另外，他們取得的五罐用 HWP 純化的生長激素中，只有一罐沒有會結塊 Aβ42 以外，其他的也都有 Aβ42。

### 被污染的生長激素會傳染阿茲海默症嗎？

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引發 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。

阿茲海默患者的腦部萃取物會引發 Aβ 堆積

他們先用患者的腦部萃取物試驗，把取得三位 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。

結果顯示施打後的第二天所有老鼠都沒有 Aβ 堆積，表示起始點是一樣的。

但是，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 CAA，而只打入健康者腦部的和 PBS 的老鼠都沒有出現 Aβ。接著在 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。同樣的，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 AD 腦部檢體快一年後的情況和 240 天後的差不多，只是堆積情況更嚴重些。

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）

三十年前的生長激素也會引起 Aβ 堆積

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 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 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），同時也用 rec-hGH 當作控制組，確認生長激素本身並不會引起 Aβ 的堆積，不過打入的 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）。

他們在施打後的 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）

打過被污染的生長激素後，還存活著的患者有得到阿茲海默症嗎？

那些接受被 Aβ 污染的生長激素的患者，目前還存活的人，現在怎麼了？

他們找到了八位小時候有接受過生長激素的患者，他們當年被施打的生長激素都是用 HWP 方法純化的。

這些患者大多不帶有致病基因，只有一位患者帶有一個 APOE4，而三位沒有基因資料的則沒有早發性阿茲海默症家族史。在檢視了小時候的智力、生長激素治療後遺症、生長激素不足症本身和基因後，都沒發現會導致阿茲海默症的相關性，但是他們在成年後皆出現早發性阿茲海默症症狀。



另外，接受到的生長激素是沒污染的那些幼童，並沒有通報，這也暗示著接受生長激素本身是沒問題的。

也就是說，這些人會患有阿茲海默症極可能是因為施打了被污染的那幾批生長激素而獲得的。

他們發現，經由生長激素得到的阿茲海默症，發作得比遺傳性要早，且認知力衰退的進程也比較緩慢，通常都超過十年。經由生長激素得到的阿茲海默症症狀和遺傳性及偶發性的不同，可能是因為 Aβ 的種類不同。

總結

雖說阿茲海默症是有可能透過醫源性傳播(iatrogenic transmission)，但目前已經不用這種方式取得生長激素，外科手術本來就會注意器具清潔避免感染，大家無須太過恐慌。今年有篇 UBC 的研究顯示健康老鼠在接受了阿茲海默症老鼠的骨髓移植後，腦中出現了 Aβ 堆積和記憶力衰退的現象，雖然需要更深入的研究確認，不過如果把這個可能性考慮進去，未來在各方面多一層防範不是壞事。



Articles:

Alzheimer’s disease may have been transmitted in now-banned hormone treatments | Science | AAAS

Bone marrow transplants spread Alzheimer’s-like disease in mice, controversial study reports | Science | AAAS

References:

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

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)

G Banerjee, SF Farmer, H Hyare et al. Iatrogenic Alzheimer’s disease in recipients of cadaveric pituitary-derived growth hormone. Nat Med (2024) DOI: 10.1038/s41591-023-02729-2



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真的有藥可以治療阿茲海默症嗎？

1984 年的時候，UCSD 的病理學家 George Glenner 和他的同事發表了一篇關於唐氏症(Down’s Syndrome)和阿茲海默症的研究，他們發現唐氏症患者常常很年輕就出現失智症狀，並且從患者的腦血管澱粉樣蛋白(cerebrovascular amyloid)中純化出阿茲海默症一樣的蛋白，也就是 amyloid-β (Aβ)。他們認為唐氏症患者會早期失智是因為多了一個 chromosome 21，而 APP 基因就在這個染色體上面，APP (amyloid precursor protein) 是神經元的細胞膜蛋白，在大腦裡會被酵素 β-secretase 剪成兩段，其中一段即是會堆積在腦部的 Aβ。唐氏症患者的大體解剖後發現患者早在認知衰退症狀出現前好幾年，大腦已有 plaques 的情形。

1986 年的時候，英國諾丁罕市的 Carol Jennings 寫信給 UCL (University College London) 的遺傳學家 John Hardy 詢問他是否可以參與研究，因為他有很多親戚有早發性失智症，Hardy 和他的研究團隊對此家族的基因很感興趣，想知道是什麼基因會造成阿茲海默症，於是邀請 Jennings 家族捐血協助研究。幾年過後，該研究團隊發現這個家族的成員都帶有 APP 突變，帶有突變基因的人會產生比較多也比較黏的 amyloid-β，這些 Aβ 會堆積結塊變成 plaques，導致腦細胞死亡和腦部萎縮，因此會失智的比較早。這就是阿茲海默症的 Aβ 理論，是由 Hardy 和他同事在發現 APP 突變後第一個提出來的，根據這個理論，如果能夠阻止 Aβ 堆積的發生，就有可能延緩阿茲海默症，夠早的話或許甚至可以阻止它發生。

之後，藥廠便開始研發可以抑制 β-secretase 的藥物，或是找出抗 Aβ 的抗體，可是卻一直失敗，包括五個 β-secretase 藥物的第三期臨床試驗，因為其副作用使患者個認知功能暫時性的變更糟，其他抑制 γ-secretase 的藥物也是同樣的情形。另外的標靶藥物就是很多藥廠在研發的，針對 Aβ 的抗體，也都因為無法改善臨床症狀而宣告失敗，Pfizer 已於 2018 年放棄這一塊。目前還在線上的藥物除了 Biogen 和衛采的 aducanumab 和 lecanemab 外，還有 Genentech–Roche 的 gantenerumab 和 Eli Lilly 的 donanemab，這些藥物都在早期的臨床試驗中顯示可以清除 Aβ，不過 FDA 已於今年一月拒絕 donanemab。

因為一連串的失敗，開始有人認為 Aβ 的藥物一直失敗表示 Aβ 理論是錯的，目前並沒有直接證據證明 Aβ 是造成阿滋海默症的主因，一定有其他比 Aβ 更重要的原因。也有人認為是因為 Aβ 的臨床試驗設計很差，因為他們找的患者都已經出現症狀了，就算有用也太晚了，那時腦部的 Aβ 已經堆積到很難完全清掉，要清就要趁早，要在一開始還沒堆積時就清掉。如果在 Aβ 還沒開始堆積，或是正要開始堆積之時就清掉，也許就不會有腦部出血的情形，因為 Aβ 堆積在血管周圍，導致抗體在把 Aβ 清掉的同時，也讓血管壁變得薄弱。老鼠實驗也顯示，給帶有大量表現 APP 突變基因的年輕老鼠 aducanumab，也就是在 Aβ 開始堆積之前，的確可以顯著減少 Aβ 的堆積，六個月後腦部的症狀也比較少。

但是，要找到符合情況的患者並不簡單，因為有症狀的時候表示大腦已有 Aβ 堆積，已經太晚了。可以試的方法有兩種，其中一種即是找帶有突變基因的患者，在他們還沒有症狀前就開始治療。成立於 2008 年的遺傳性阿茲海默症網絡(Dominantly Inherited Alzheimer Network, DIAN)目前募到超過六百位、來自約三百個家庭，帶有至少一個突變基因的人。DIAN 利用 PET 掃描這些家族成員的大腦，固定時間觀察其腦部 Aβ 和其他相關蛋白堆積的情形，並且記錄這些人大概什麼時候開始出現症狀，發現大概在 Aβ 開始出現堆積的 25 年後，才會出現行為上的症狀。

他們也在 2012 年開始了一個為期七年的臨床試驗，看是否可以延遲這些帶有突變基因、腦部開始有 Aβ 堆積情形，但還沒有出現認知障礙的患者失智症狀開始的時間。這個臨床試驗募集到 194 位患者，然後給他們 gantenerumab 或 solanezumab (Eli Lilly)，或是安慰劑。令人沮喪的是 2020 年公佈的結果顯示這些抗體藥並沒有減緩認知衰退的情形，唯一令人振奮的消息是 gantenerumab 確實有顯著降低 plaques 和 tau，於是針對 gantenerumab 的研究又延長了三年，solanezumab 則被放棄了。

去年，DIAN 決定開始另一個臨床試驗，來看看是否可以用藥物預防阿茲海默症，這次的參與者是沒有認知症狀，也沒有 plaques 但帶有突變基因的人，因此有些人的年齡只有十八歲，共有 160 位參與。因為腦部都還未出現 Aβ 堆積的徵兆，所以應該在 11-25 年內都不會出現認知障礙的症狀。安慰劑組會先維持四年，觀察在正常情況下腦部 Aβ 堆積的速度，然後這些人就會開始接受藥物治療。

另一個方法是找非遺傳性的，也就是自然老化造成的阿茲海默症。UCSF 的 Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative 掃描了上百人各個時期的大腦，觀察自然老化和失智的情況，發現認知功能正常的人中，大概有三成在 65 歲之後大腦就開始有 Aβ plaques，然後有超過 85% 的人會在十年內出現失智的症狀。目前有三個大型針對無症狀患者、為期四年的臨床試驗，各收了超過一千位認知功能沒問題，但是 PET 掃描顯示腦部有 plaques 的患者，分別用不同的抗體藥，然後觀察他們認知功能衰退的情況。其中的 A4 trial 用的是 Eli Lilly 的 solanezumab，明年將揭曉結果。另外還有 2020 年開始的 AHEAD 3-45 trial，用的是剛通過 FDA 快速審批的 lecanemab (Biogen, 衛采)。同一年 Eli Lilly 也有另一個 Alz 2 trial，用的是 donanemab。今年 Roche 也開始了他們 gantenerumab 的第三期臨床試驗，為期六年。 雖然絕大部分的阿茲海默症藥物都是鎖定 Aβ，但這個疾病很複雜，光針對這個蛋白可能不夠，也有研究顯示和病毒以及免疫系統有關，也需要從其他方面下手。另外，在失智症中，只有 75% 是阿茲海默症，大體的腦部解剖也發現，約有一半有其他病症，有除了 Aβ 和 tau 以外的其他有毒蛋白，或是血管受損等等，Aβ 和 tau 很可能不是單一致病因素。美國 NIA (National Institute on Aging) 目前贊助的失智症臨床試驗有 72 個，包含各種方向，有的是降血壓來降低腦中血管爆裂風險的，有的是針對 tau，只有 20 個是針對 Aβ。另外，NIA 還支持至少 120 以上非藥物介入的試驗，例如認知功能訓練、運動和飲食等等，看這些是否會影響病程發展。

希望在不久的未來可以找到對抗失智症的方法。



Article:

Nature / Could drugs prevent Alzheimer’s? These trials aim to find out (March 2022)


Papers:
George G. Glenner et al, Alzheimer's disease and Down's syndrome: sharing of a unique cerebrovascular amyloid fibril protein. Biochem Biophys Res Commun (1984)

阿茲海默症藥物 Lecanemab 的療效和風險

之前提到過 Biogen 在歷經了 Aduhelm 的風波後，它的另一隻阿茲海默症抗體藥，也就是和日本衛采(Eisai)合作的 lecanemab，在今年九月的時候宣佈了第三期臨床試驗的好結果，lecanemab 的第三期臨床試驗結果於上週二(2022/11/29)發表在 NEJM，同天也在阿茲罕默症研討會(Alzheimer’s Disease Conference)中發表完整的第三期臨床資料。

Lecanemab 的第三期臨床試驗結果

在試驗組和控制組分別為近九百人，為五十歲到九十歲有輕微失智(dementia)或輕微認知障礙(cognitive impairment)的患者，他們每兩週以靜脈注射的方式被施予藥物，在治療了十八個月後，認知障礙的情況減緩了 27%，腦部的 Aβ 堆積也顯著下降。不過，常見的副作用(amyloid-related imaging abnormalities, ARIA)還是有的，26.4% 的患者在藥物施打後有反應，12% 的患者有 ARIA，也就是在腦部影像中會觀察到腦部腫脹(swelling)和微出血(microhemorrhages)的情形。

在研討會中，Barrow Neurological Institute 的講者 Marwan Sabbagh，同時也是論文的共同作者，在最後提到，已知副作用中的微出血在患者同時使用 lecanemab 和抗凝血藥物的情形下，可能會變得很嚴重。在一百四十位同時使用 lecanemab 和抗凝血藥物的患者中，五位患者微出血的情況變嚴重(3.6%)，其中兩位過世，另外兩位腦部嚴重損傷。不過 Sabbagh 也表示。患者的死亡原因撲朔迷離，並沒有直接證據顯示患者的死亡是因為腦部腫脹造成的，過世的 65 歲女性是因為中風過世，80 歲的男性則是因爲心臟有問題。

副作用帶來的風險

雖然第三期臨床試驗的結果還不錯，但並不是所有人都看好，畢竟之前失望了太多次。美國范德堡大學(Vanderbilt University)的神經學家 Matthew Schrag 表示，這種藥物通常在第一年就可以看到效果，但副作用的風險太大，患者可能在用藥幾個月後出現腦部出血的情形，他認為這個藥物的療效並沒有高於風險，所以他請他的患者在等等看。另一個讓他擔憂的點是在新的臨床試驗中，有 2.8% 的患者有頭痛、混亂和視覺出現問題的情況，這些都是腦部腫脹的症狀，而帶有兩個 APOE4 基因的患者出現這些副作用的風險比較高，但是有 15% 參與臨床試驗的患者都帶有兩個 APOE4。

他的擔憂是有道理的。根據 Science 的報導，這位 65 歲的女性先是有中風和腦部腫脹的情形，被送進芝加哥的西北大學醫學中心的急診室，婦人的先生告知醫生他太太有參加 lecanemab 的臨床試驗，於是醫生聯絡了 Great Lakes 的臨床試驗團隊，對方給醫生一個關於這個抗體藥的網站，醫生在看過網頁並討論後，決定給她 tPA (一種治療中風時常用的血液稀釋劑)，因為這個風險相較小，沒想到用了 tPA 沒多久後就出現腦部大量出血的情況。

根據患者先生的敘述，藥物一進入體內後患者就開始尖叫，需要八個人去把患者壓住，沒多久就出現了癲癇的現象，之後被送進重症病房，需要靠呼吸器維持，幾天後家屬同意拔掉呼吸器讓他離開。西北大學的神經病理學家 Rudolph Castellani 在解剖過後表示，患者的腦部血管周圍有 Aβ 堆積，很可能是因為 lecanemab 造成的，這使得血管壁變薄，因此在用了 tPA 後就引發大量腦出血。Castellani 認為患者死於 lecanemab 是無庸置疑的，如果患者沒接受 lecanemab，也許現在還活著。

使用抗凝血劑可能增加死亡風險

Lecanemab 和其他抗體藥不同的地方在於它是針對 soluble Aβ，和細胞外的 Aβ plaques 結合力比較弱一點。其他的抗體藥，包括 Aduhelm，則是和 plaques 的結合力比較強。而之前就有醫生建議，不要同時使用 Aduhelm 和抗凝血藥。STAT 最近報導說之前那位八十歲的患者，很可能是死於 lecanemab 和血液稀釋劑 apixaban (商品名 Eliquis)同時使用引起的腦出血。其他學者在死亡報告公開後，也都認為抗凝血藥對接受 anti-Aβ 抗體藥的患者有安全的疑慮，不單是 lecanemab 而已。另一個認為 lecanemab 是致死的原因是患者的屍體有很多 cerebral amyloid angiopathy (CAA)，也就是 Aβ 堆積逐漸取代血管的平滑肌，導致血管變得薄弱，因此 tPA 馬上就使這些血管爆裂。

對副作用擔憂的不只一位，法國索邦大學(Sorbonne Université)的神經學家 Nicolas Villain，同時也是參與臨床試驗的研究員，在他九月的論文中提到，要非常小心 lecanemab 和抗凝血藥的混用，如果患者中風的話，使用 tPA 很可能會造成患者死亡。在一次專訪中，Sabbagh 也提到 FDA 應該要在藥品標示上註明 lecanemab 不可和抗凝血藥物或血液稀釋劑同時使用，也可能需要註明帶有兩個 APOE4 基因的患者不應使用。根據 STAT 的報導，將近一半的患者都有 CAA，衛采在選擇患者的時候，也都排除在 MRI 掃描中腦部有超過四個微出血部位的患者。而有 CAA 的患者，通常也有其他問題，例如心房顫動(atrial fibrillation)，但是心房顫動通常都是用 tPA 治療。這表示，有很大部份的阿茲海默症患者是無法用 anti-Aβ 抗體藥治療的。

個人認為，如果你要用 lecanemab，就必須身體夠健康，不能有心血管疾病，不然中風的話就是死路一條，治療是死，不治療也是死。然後也覺得，在那麼多藥物失敗後，anti-Aβ 抗體感覺行不通，對我來說這個副作用風險太大，現代人很難那麼健康。（喂）


[2023-12-30 update]

日本衛采和 Biogen 合作的阿茲海默症抗體藥 lecanemab 出現了第三位臨床試驗患者死亡，是一位 79 歲的婦女。和之前兩位過世患者不同的是這位患者除了阿茲海默症，並無其他健康問題的紀錄。衛采在之前主要臨床試驗中的報告中表示，一千八百位參與臨床試驗的患者中，有十三位過世，但試驗組和安慰劑組的死亡人數相當，所以不認為是抗體藥的問題。

跟大多數的阿茲海默症抗體藥一樣，lecanemab 也是針對 β-amyloid，不同的是它是針對 soluble Aβ 和細胞外的 Aβ plaques，但針對 β-amyloid 的問題就是會造成腦部腫脹(swelling)和出血的症狀，被稱為 amyloid-related imaging abnormalities (ARIA)。大約有五成的阿茲海默症患者有 cerebral amyloid angiopathy (CAA) 的症狀，有就是 Aβ plaques 取代了血管壁的平滑肌(smooth muscle)，當抗體把 Aβ plaques 從血管壁上移除的時候，會造成血管發炎和變脆弱，因此增加 ARIA 發生的風險，這時候如果使用抗凝血劑，很可能就會加重腦部腫脹和出血的情況。

目前並不清楚第三位過世的患者在臨床試驗的前十八個月用的是 lecanemab 還是安慰劑，只知道在之後的六週延長試驗中有使用抗體，不過在延長試驗開始前的腦部掃描，有觀察到微出血的情況，但並不大到需要退出試驗。患者的朋友說，在延長試驗時的第一次輸藥後，患者覺得非常的累，甚至無法起床。在幾週後的第二次輸藥後，患者感到劇烈頭痛，之後九月在餐廳吃飯時，患者出現疑似中風的症狀，於是緊急送醫。

跟第二位過世的患者情況類似，這位婦人出現了癲癇的情況，需要有人把她綁住。腦部掃描患者腦部出現多處出血和腫脹，明顯的嚴重 ARIA。醫院通知臨床試驗的主持人，決定用類固醇(steroid)治療，結果出現器官衰竭和肺炎的狀況，五天後過世。雖說住院期間患者有使用最低量的抗凝血劑 heparin，但多位神經學家認為這不是致死的主要原因。

根據目前第三期臨床試驗的資料，目前因 ARIA 帶來的嚴重副作用是 0.8%，989 人中有七人，25 人有腦腫脹(ARIA-E)的症狀，三位特別嚴重。雖說已有三例死亡，但是跟其他 anti-Aβ 的抗體藥比起來，lecanemab 算是效果不錯的，因此也有不少科學家希望 FDA 可以核准，預計明年一月初 FDA 會公布結果。

是說我滿好奇第三期臨床試驗中，前十八個月中過世的人的情形，最近這兩位過世的都是前十八個月沒事，在延長試驗的第一次輸藥後立刻就出現嚴重副作用，雖說目前還不知道這兩位患者前十八個月用的是 lecanemab 還是安慰劑，但我猜應該是安慰劑，不然在前十八個月時可能就過世了。看起來是腦部有微出血的話，第一次輸藥後就短時間內就會出現副作用，所以很意外前十八個月竟然沒有患者有相同的狀況，都要等到延長試驗才出現。


[2023-01-07 update]

FDA 於昨日以加速審核的方式核准 Biogen 和日本衛采合作研發的阿茲海默症抗體藥 lecanemab，兩家公司將在今年三月底申請 full approval。FDA 在新聞稿中表示此藥會產生 ARIA 的副作用，雖然通常沒症狀，但在極少數的情況下有致死的可能性。患者需在治療前用 MRI 掃描腦部看是否有 ARIA，也需在第五、七和十四次輸藥後做腦部掃描觀察 ARIA 的情形。

另外，雖然 FDA 警告標示中提到，根據第二期臨床試驗的結果，和抗血栓藥阿斯匹靈以及其他抗凝血藥合用後致死的風險並沒有比安慰劑高，但衛采表示將贊助醫生「了解 ARIA 」的課程。衛采將以 Leqembi 為商品名販售此藥，價格為每年 $26,500 美金。至於此藥會不會太貴呢？衛采於 2007 年十二月跟 BioArctic 買下此藥，至今已十七年了，一個研發了十七年的抗體藥，賣你一年兩萬六美金，算不算貴呢？公司要賣少才能回本呢？

藥品標示會警告該藥會引起腦部腫脹和出血，一種稱為 ARIA (amyloid-related imaging abnormalities)的副作用，也建議接受治療的人在前六個月接受 MRI 腦部掃描觀察副作用的情況，另外它也警告有使用薄血劑的患者，和該要一起使用的話會增加腦部出血的風險。

除了該藥的副作用外，另一個問題是美國 CMS (Centers for Medicare & Medicaid Services)是否會補助患者醫藥費，衛采表示藥價為每人每年平均 $25000 美金，需每週施打兩次，但費用不包括施打費和 MRI 的費用。去年四月的時候，CMS 表示他不會補助 Biogen 和衛采的另一個阿茲海默症抗體要 aducanumab 的費用，他只會補助 FDA 完全核准的藥物。

帶有兩個 APOE4 基因的人得到阿茲海默症的機率比較高，出現 ARIA 副作用的風險也可能比較高。在臨床試驗中，9.2% 帶有兩個 APOE4 基因的患者有腦部腫脹的情形，而沒有 APOE4 基因的患者則只有 1.4%。


[2023-03-28 update]

最新研究分析顯示阿茲海默症的 anti-β-amyloid 抗體藥似乎會使腦部萎縮，該分析發現參加臨床試驗的患者在服用這些阿茲海默症藥物後，常常比服用安慰劑者的腦萎縮萎縮更多。藥廠表示阿茲海默症的患者腦部本來就有萎縮的情況，但這個現象令一些科學家感到擔憂。

阿茲海默症通常會隨著疾病進展而使大腦萎縮，而治療藥物分為兩種，一種是 secretase 抑制劑，但效果不佳已被放棄。另一種則是抗 β-amyloid 的單株抗體，包括爭議很多的 Biogen Aduhelm (aducanumab)，以及和衛采合作的 Leqembi (lecanemab)，還有 Eli Lilly 正在進行第三期臨床試驗的 donanemab。該研究分析了 31 篇 Aβ 抗體藥的臨床報告，發現 lecanemab 和 donanemab 有加速大腦萎縮的狀況。作者們表示，在兩個大型臨床試驗中，使用最高劑量的患者在約 18 個月後大腦的萎縮比安慰劑組多了28%，相當於失去了 5.2 ml 的大腦。衛采表示，雖然臨床試驗中的患者相對於安慰劑組出現了更多的皮質體積萎縮，但這些萎縮可能是由於抗體清除了腦中的 Aβ，並減少了發炎反應所致。

作者們還報告說，Aβ 抗體藥也導致腦室(brain ventricles)增大，表示它們被額外的液體填補，當附近的腦組織萎縮時，這種現象就會發生。該分析顯示，使用 lecanemab 的患者腦室比安慰劑組平均增加了 36%，相當於多出 1.9 mL。

研究團隊也分析了另一個常見的 Aβ 抗體藥副作用 ARIA (amyloid-related imaging abnormalities)，也就是腦部腫脹和出血。在彩衛采公布的臨床試驗結果中，21％ 的患者有 ARIA，安慰劑組為 9％，雖然大多數人沒有症狀，但有些人的狀況卻很嚴重，至少有兩名患者因此死亡。作者們發現，ARIA 的發生率也和腦室增加的程度有關。FDA 審查委員雖有注意到腦部體積變化，但並沒有過度擔心。研究人員表示，事情可能沒那麼簡單，表示這個情況讓他們很擔心。


Articles:

Science / Second death linked to potential antibody treatment for Alzheimer’s disease (Nov 2022)

Fierce Biotech / Eisai, Biogen rocked by 2nd lecanemab death report ahead of Alzheimer's data reveal

Science / As some hail new antibody treatment for Alzheimer’s, safety and benefit questions persist

Technology Networks / "Momentous" Breakthrough as Alzheimer’s Drug Modestly Slows Cognitive Decline

Science / Scientists tie third clinical trial death to experimental Alzheimer’s drug (Dec 21, 2022)

Fierce Biotech / 3rd patient's death tied to Eisai's Alzheimer's drug reported (Dec 22, 2022)

US FDA / FDA Grants Accelerated Approval for Alzheimer’s Disease Treatment (Jan 6, 2023)

Science / Promising Alzheimer’s therapy and related drugs shrink brains (March 28, 2023)


Papers:

van Dyck CH, Swanson CJ, Aisen P, et al. Lecanemab in Early Alzheimer’s Disease. NEJM (2022)

J Cummings et al, Lecanemab: Appropriate Use Recommendations. J Prev Alzheimers Dis (2023)

刺激腦波可能改善阿茲海默症

大腦裡有各種腦波，其中的 γ oscillations (30-90 Hz) 和認知功能有關，被認為是發生在抑制型(inhibitory)腦神經細胞 -- 中介神經元(interneurons)，在精神專注的時候出現。2016 年時 MIT 的研究團隊發現腦部的 γ oscillations在一些神經性疾病發生前會出現變化，例如在阿茲海默症的基轉老鼠(5XFAD)中，γ oscillation 在認知能力衰退前或是 plaques 出現前會降低，而當研究人員用 40Hz 頻率的閃光刺激其中一種腦神經細胞(interneurons)後，老鼠腦中的 Aβ 堆積降低了。


Figure / Specific brainwaves with their characteristics (Marzbani et al, Basic Clin Neurosci 2016; doi: 10.15412/J.BCN.03070208)

這些 AD 基轉老鼠在三個月大的時候，腦部海馬迴(hippocampus)的 Aβ 邊開始增加，並且出現學習力和記憶力上的障礙。另外，γ oscilliations 會在海馬迴的 CA1 區裡出現，且是在當老鼠跑步、θ oscillations (4-12 Hz) 出現的時候，和靜止時、SWRs (sharp-wave ripples, 150-250 Hz) 發生的時候，AD 基轉老鼠的 γ 則在 SWR 時期比正常老鼠低。而在用光刺激 γ oscillations，使其恢復正常後，海馬迴裡的 Aβ 和 p-tau 便降低了。

因為用光刺激能夠觸及的範圍只有視覺的區域，於是他們在後來的實驗裡，以每天一小時的頻率，同樣以 40 Hz 的頻率用聲音去刺激大腦，結果顯示大腦的聽覺區 AC (auditory cortex)，還有內側前額葉皮質(medial prefontal cortex, mPFC) 和海馬迴的 CA1 裡的 Aβ 和 tau 都降低了，並且在學習力和記憶力的測試裡的表現也比較好。另外，同時用光和聲音去刺激的效果比單用光或聲音去刺激的效果好。

ps. 在看這篇新聞的時候，看著看著看到了通訊作者 -- Li-Huei Tsai，跟著唸了一下覺得這個名字好像在哪聽過，孤狗了之後才發現原來是中研院院士蔡立慧，之前中研院院長候選人之一啊啊啊。



Articles:

MIT News / Brain wave stimulation may improve Alzheimer’s symptoms (March 2019)

Science Alert / Scientists 'Clear' Alzheimer's Plaque From Mice Using Only Light And Sound (March 2019)

Nature / How flashing lights and pink noise might banish Alzheimer’s, improve memory and more (Feb 2018)


Papers:

HF Iaccarino et al, Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature (2016)

AJ Martorell et al, Multi-sensory Gamma Stimulation Ameliorates Alzheimer’s-Associated Pathology and Improves Cognition. Cell (2019)

研發中的阿茲罕默症藥物顯示有抗老效果

去年 Salk Institute 發表了一篇研究說他們發現三個研發中的阿茲罕默症藥物有抗老的功效，這三個合成物質是 CMS121, CAD31 和 J147。研究團隊先從植物中的兩個物質著手，分別為蔬果內的黃酮醇(flavonol) fisetin 和薑黃(turmeric)內的薑黃素(curcumin)，然後再從這兩者個結構合成出相似的這三個化學物質，CMS121 是由 fisetin 衍化而來，J147 和 CAD31 則是由薑黃素衍化而來。研究團隊測試它們的抗老功效，是否符合抗老話的標準：可以保護大腦免於受到老化所造成的傷害、可以改善各種神經性疾病或老化等現象，而且可以降低或減緩老化造成的的生理上或分子上的感變。結果顯示這五樣都符合標準，屬於 geroneurprotectors (GNPs)。

之後他們把 CMS121 和 J147 試驗在老鼠身上，研究結果於上個月發表，顯示這兩個物質有抗老化效果。他們用老化很快的基轉老鼠 SAMP8 (senescence-accelerated mouse prone 8) 上去試驗，這株老鼠出現老化的現象比平常老鼠快，例如喪失活動力、學習能力和記憶力退化，且死亡年齡也比較早。除此之外，這些老鼠在四個月到一年大的時候，海馬迴中的 Aβ 量便開始增加。


Figure / Model of the influence of mitochondrial dynamics on aging (AY Seo et al, JCS 2010; doi: 10.1242/jcs.070490)

CMS121 的目標蛋白尚不知道，J147 則是作用在 ATP synthase，在老鼠九個月大的時候給藥，相當於人類的中老年時期，然後在四個月後測試老鼠的記憶力衰退情況和檢測老化的幾個 biomarkers。他們發現，不管在細胞實驗中還是老鼠實驗中，這兩個物質改變了一些參與在 ETC (electron transport chain) 和 TCA cycle (aka Krebs cycle) 裡的基因表現量，例如它們抑制 ACC1 (acetyl-CoA carboxylase 1)，進而造成 acetyl-CoA 增加，使細胞的代謝機制可以正常運作，維持好粒線體的功能有 neuroprotective 的作用。另外，接受 CMS121 或 J147 的老鼠在記憶力和認知力任務上的表現比較好。



Articles:

Salk News / Researchers report new methods to identify Alzheimer’s drug candidates that have anti-aging properties (Nov 2018)

Salk News / Alzheimer’s drug candidates reverse broader aging, study shows (Dec 2019)


Papers:

A Currais et al, Elevating acetyl-CoA levels reduces aspects of brain aging. eLife (2019)

D Schubert et al, Geroneuroprotectors: Effective Geroprotectors for the Brain. Trends Pharmacol Sci (2018)

DA Butterfield & HF Poon, The senescence-accelerated prone mouse (SAMP8): a model of age-related cognitive decline with relevance to alterations of the gene expression and protein abnormalities in Alzheimer's disease. Exp Gerontol (2005) 

阿茲海默症真的和皰疹病毒有關嗎？

造成阿茲海默症的原因至今不明，目前比較讓大家認可的原因是 Aβ 和 tau 堆積造成腦細胞死亡，不過是是什麼導致這兩個蛋白堆積呢？之前有個說法引起關注，就是微生物(microbe) -- 例如病毒或細菌感染 -- 引起免疫發炎反應，然後引發 Aβ 堆積，因此之前也有團隊是研究抗發炎藥物是否可減緩阿茲海默症。

舊文：抗發炎藥物似可預防阿茲海默症

讓人關注的微生物之一是皰疹病毒(herpesviruses)，去年有兩篇研究顯示阿茲海默症可能是因為 HHV-6A 和 HHV-7 造成的，過世病患的腦部檢測出 HHV-6A 和 HHV-7 的基因；另外，在老鼠實驗中也發現受到 HSV-1 感染的老鼠，腦部很快就出現 Aβ 堆積，但存活率比較高，可能是因為 Aβ 降低了腦炎發生的機率。

舊文：皰疹病毒和阿茲海默症的關係

有趣的是 Baylor College of Medicine (BCM) 這個月發表了一篇評論在 Neuron，表示他們重新分析了那篇研究(Readhead et al, Neuron 2018)後發現，雖然原論文得到的 p-value 似乎顯示 significant，但他們在試過不同參數後，並無法的到相同的結論，患者腦中皰疹病毒的 RNA 或 DNA 量和疾病並沒有太大關係。作者在這篇評論中說，他們會重新分析是因為數據本身看不出來有明顯的關聯性，但原論文分析後的 p-value 顯示有顯著差異，所以想弄清楚是怎麼回事。作者表示雖然研究很常用並且依賴 p-value 來表示相關性和重要性，但完全依賴並相信 p-value 可能會引出錯誤結論，數據分析應該要更小心。

原論文作者 Readhead et al 也對被質疑的地方做出解釋，並且表示他們並不訝異其他人分析會出現不同結果，因為每個人的分析策略不同，並且在未分析下，光看數據其實是可以看出差異的，並非完全看不出。另外，作者也建議讀者們去看他們最近發表在 bioRvix 的 preprint，雖然在之前那篇研究顯示 AD 患者腦部的病毒量比控制組高，但是量很低，於是在這篇他們換了另一種方式分析，得到同樣的結論。他們也 bioRvix 那篇增加了用 WGS 資量分析的結果，同樣顯示患者腦部的 HHV-6A 比較多。



News:

Baylor / Link between herpes virus infections, Alzheimer’s refuted (Dec 2019)


Publications:

B Readhead et al, Multiscale analysis of independent Alzheimer’s cohorts finds disruption of molecular, genetic, and clinical networks by human herpesvirus. Neuron (2018)

HH Jeong & Z Liu, Are HHV-6A and HHV-7 Really More Abundant in Alzheimer’s Disease? Neuron (2019)

B Readhead et al, Clarifying the Potential Role of Microbes in Alzheimer’s Disease. Neuron (2019)

B Readhead et al, Further evidence of increased human Herpesvirus in Alzheimer’s disease. bioRxiv (2019)

Biogen 的阿茲海默症抗體藥 aducanumab 起死回生？

阿茲海默症的藥物研發仍陷入膠著中，之前許多公司研發的抗體藥包括有 Eli Lilly 的 solanezumab 和 Pfizer 的 bapinezumab 等等，但大多都在第三期臨床實驗的階段沒看見顯著效果而宣告失敗，主要是沒觀察到認知衰退的現象有所改善。

相關文章：治療阿茲海默症的藥物有望？

原本被認為有可能成功的抗體藥 aducanumab，因為它的兩個第三期臨床試驗 ENGAGE 和 EMERGE 的治療效果在初期分析結果中並未達到預期標準，病患認知衰退的現象沒有顯著改善，Biogen 和它的合作夥伴 -- 日本的 Eisai -- 於今年三月宣布停止這兩個臨床試驗。

ALZFORUM - Aducanumab

相關文章：阿茲海默症新藥 Aducanumab 新進度

不過呢，在今年十月中的時候，Biogen 宣布說之前兩個 aducanumab 臨床實驗分析有誤，後續的分析顯示 EMERGE 有達到預測效果。在那兩個第三期臨床試驗中，主要的患者為和阿茲海默症相關的輕微認知障礙，以及輕微的阿茲海默症患者，測量疾病進展的方式則是用 PET 是觀察腦部 β-amyloid 堆積的情形。三月時宣布的結果裡，包含的數據是來自參與 EMERGE 裡的八百多位病患和 EMERGE 裡的九百多位病患，在三月宣布停止試驗的時候，有另外近兩百位 EMERGE 病患和一百多位 ENGAGE 裡的病患完成整個療程，新的分析結果則包括了這些後來才完成療程的數據和三千多位未完成療程的資料。

重新分析結果後發現，最高劑量的 aducanumab (10 mg/kg) 效果最好，認知力衰退的情形最輕微，PET 檢測出來的 amyloid 堆積也最少。低劑量雖然有些減緩病症，但是跟安慰劑組比較並沒有顯著差距。不過，這個正面的結果只出現在 EMERGE 臨床試驗裡，ENGAGE 臨床試驗裡並沒有出現這個效果。兩個臨床試驗的結果顯示病患腦部的 amyloid 和腦脊液(cerebrospinal fluid, CSF)中的 phospho-tau 都有隨著劑量的增加而降低的現象。

我個人是覺得後來新加的兩百多位病患的資料，就算全部都是 positive results 也很難反轉原先八百多位病患數據分析出來的結果，除非本來就差一點點就 significant。而另外那些未完成整個療程的、佔所有參與臨床試驗病患差不多一半人數的治療結果，如果原先那些已做完整個療程的病患都看不到有顯著改善，剩下這些未完成整個療程的，應該也是差不多的情況，除非剩下的一半全部都是用 10mg/kg 的劑量治療。

Biogen 在十月時將 aducanumab 送 FDA 審查，如果能夠在 2020 通過 FDA 許可的話，將會是近二十年來第一個治療阿茲海默症的抗體藥。不過，仍有不少人對此抱著懷疑的態度，Biogen 的科學家不認為 FDA 會因為新的分析結果通過許可，也有人認為那三個月新的數據不足以對之前的分析結果造成那麼大的影響。到底 FDA 會不會通過 aducanumab 的許可呢？讓我們拭目以待吧。



News:

Quartz / Biogen’s latest Alzheimer’s drug trials will change dementia drug research (Dec 2019)

STAT / Biogen’s top scientist nearly dares FDA not to approve Alzheimer’s drug (Dec 2019)

Science / Skepticism persists about revived Alzheimer’s drug after conference presentation (Dec 2019)

ALZFORUM / ‘Reports of my death are greatly exaggerated.’ signed, aducanumab (Oct 2019)

Biogen / Biogen plans regulatory filing for aducanumab in alzheimer’s disease based on new analysis of larger dataset from phase 3 studies (Oct 2019)

R Howard & KY Liu, Questions EMERGE as Biogen claims aducanumab turnaround. Nature Reviews Neurology (2019)

睡眠品質不佳對腦部的傷害

睡眠不足和阿茲海默症的關係之前有研究討論過，去年有研究顯示光是一個晚上無眠，阿茲海默症的致病蛋白 β-amyloid (Aβ) 量就升高了。有臨床研究顯示，CSF 裡的 Aβ 在睡前是最高的，醒後是最低的，而睡覺時間是大腦大掃除的時間，如果沒睡覺，Aβ 就有可能因為沒辦法被清除而堆積在腦部。

舊文：睡覺有多重要？幫你洗腦！

NIAAA 的計畫主持人 Dr. Ehsan Shokri-Kojori 和 Dr. Nora Volkow 用 PET (positron emission tomography) 去掃年齡 22 到 72 歲間，二十位的健康試驗者在飽睡一晚和睡眠不足(約 31 小時沒睡)後的腦部，結果發現在 31 個小時沒睡後，海馬迴(hippocampus)和丘腦(thalamus)中致病蛋白的 Aβ 表現量增加惹 5%，不過他們沒有檢視如果 31 小時沒睡，之後補眠的話，Aβ 的表現量有沒有降回去。

繼那篇研究之後，這個月也有個研究是關於睡眠和阿茲海默症之間的關係的。人的睡眠分為幾的階段，睡著後的那一個小時是非快速動眼期(non-REM sleep, NREM)，可分為四個階段。第一個階段的特徵是 EEG 顯示出來的波頻下降到 4-8Hz，第二階段是 sleep spindle (又稱 sharp wave ripple, SPW-R)，頻率在 10-12Hz 之間震動。之後是第三和第四個階段的 slow waves sleep (SWS, 又稱 delta waves)，波頻在 0.5-4Hz 之間，SWS 之後則是快速動眼期(REM, rapid eye movement)。SWS 是睡眠中最深沉的一段，也是記憶力成型(memory consolidation)的時間，白天經歷過的事情會在腦部再重演一次，形成記憶。


Figure / Purves et al, Neuroscience 5th ed.

舊文：在睡夢中製造新記憶

這篇由聖路易華盛頓大學醫學院(Washington Univ School of Medicine in St. Louis)發表的研究顯示，較少有深層睡眠的老人腦中的 tau 表現量比較高。Aβ 和 tau 目前被認為是阿茲海默症的主要致病蛋白，因為患者腦中皆被發現有大量的 Aβ 和 tau 堆積。他們找了一百多位六十歲以上的參與者，監控他們一週在家的睡眠情況，參與者把攜帶型的 EEG 儀器戴在腦上，同時也戴了手錶型的偵測器，分別偵測睡眠時的腦波和身體移動情形。除此之外，參與者也會記錄自己每晚的睡眠時間和白天小睡的時間。研究者測量了參與者腦部和 CSF (cerebrospinal fluid) 裡的 Aβ 和 tau 含量。另外，其中有 38 位參與者也有做腦部 PET 檢視腦中這兩個蛋白的堆積情形。

他們分析了波頻和 tau 堆積之間的關聯，包括了整晚 1-4.5Hz NREM SWA (slow wave activity)，還有不同的波頻：1-2Hz, 2-3Hz 和 3-4Hz。結果發現 1-2Hz 這個頻率的活動和 tau 堆積的關係最為明顯。1-2Hz NREM SWA 較低的參與者，其腦前額的 Aβ 和 tau 堆積都比較高，CSF 裡的 tau/Aβ 和 p-tau/Aβ 的比例也都比較高。

除此之外，他們也比較了睡眠狀況和 Aβ, tau 堆積的關聯，發現 PET 掃描顯示有 Aβ 堆積的人，他們進入熟睡後到 REM 之間的時間比較短，也就是說深眠的時間較短。有趣的是睡比較多的人和白天有小睡的人，他們的 tau 堆積情況比較嚴重。作者們認為，重點不是睡眠的長短，而是睡眠的品質，因為腦部 tau 表現量較高的參與者反而 白天和晚上都睡的比較多，但是睡眠品質都不好。

不過，這兩個研究也只是顯示睡眠不足或睡眠品質不好和 Aβ, tau 堆積有關聯，睡不好的人腦中的 Aβ 和 tau 堆積比較高，但不管是因為睡眠不足導致 Aβ 堆積，還是因為 tau 堆積造成睡眠品質下降，都不代表睡眠品質不好就會失智。



Articles:

NIH / Lack of sleep may be linked to risk factor for Alzheimer’s disease (April 2018)

NIH / Sleep deprivation increases Alzheimer’s protein (April 2018)

ScienceNews / The brain may clean out Alzheimer’s plaques during sleep (July 2018)

WU St Louis / Decreased deep sleep linked to early signs of Alzheimer’s disease


Papers:

E Shokri-Kojori et al, β-Amyloid accumulation in the human brain after one night of sleep deprivation. PNAS (2018)

BP Lucey et al, Reduced non–rapid eye movement sleep is associated with tau pathology in early Alzheimer’s disease. Science Translational Medicine (2019)

利用 peptide 檢測早期阿茲海默症

這是一年前的研究了 XD，我在刷臉書的時候看到有興趣但當下沒時間細讀的會先存起來，然後等有時間再打開來看，寫寫分享，然後不知不覺就積了很多沒看的，剛剛翻到這篇才發現竟然已經默默過了一年惹。（淚）

對阿茲海默症有點小了解的大概都知道治療此病的瓶頸主要有兩個，一是無法及早發現，通常發現時，也就是出現輕微失智症狀時(mild cognition impairment, MCI)，已經太晚了，二是藥物無法通過 BBB (blood-brain barrier)，因此目前除了藥物研發的研究，有的是針對如何在症狀未出現時便可即早發現。

動物腦部有一個蛋白是 CTGF (connective tissue growth factor)，主要功能是免疫反應和組織修復，AD 基轉老鼠腦部的 CTGF 會在 Aβ 堆積前出現上升的現象。這篇刊在 Nature Communications 的研究利用 phage display 釣到了一個目標蛋白是 CTGF，長度為九個氨基酸的環形胜肽(cyclic peptide) ，稱為 DAG。

怎麼用 phage display 釣的呢？他們是用 CX7C library，CX7C 是九個氨基酸長的 peptide，第一個和最後一個(也就是第九個)氨基酸是 cysteine，中間七個氨基酸是隨機的，用的是 degenerate codons NNK [註1]。兩端的 Cys 會形成 disulfide bond，使這小段的 peptide 變成一個環狀，用來標靶癌細胞的 iRGD 就是一個例子 [註2]。（iGRD sequence: CRGDKGPDC)

註 1：K = G or T and S = C or G。
CX7C library 製作細節可參考這篇：Tero AH Järvinen 的這篇：Design of Target-Seeking Antifibrotic Compounds

註 2： 之前有不少研究是用 phage display 釣出各個器官的 homing peptides，就是說這些 peptides 只會出現在某些器官，也就是這些器官有其他器官沒有的標靶蛋白或標靶物，可以用來當作器官的 biomarkers。用來穿過癌細胞 iRGD 就是用這個方法找到的，有興趣的可以參考 T Teesalu et al 的這篇：Mapping of Vascular ZIP Codes by Phage Display

關於噬菌體展示 phage display 可以參考之前這篇：Phage display 和小抗體製造

CX7C library 裡的九個氨基酸長的 peptides 會表現在 T7 phage 的表面，研究者們再把這些 T7 phage 靜脈注射到老鼠體內。T7 phage 進到老鼠體內後會到處遊走，其表面的 peptide 其在遊晃的時候便可找尋和它相結合的蛋白質。他們把 T4 library 分別打入正常老鼠(wildtype)和不同階段的 AD 基轉老鼠裡（三個月、五個月、七個月和九個月大的老鼠），然後再取其海馬迴(hippocampus)做比較，看有哪些 peptides 會大量出現在 AD 基轉老鼠的海馬迴裡，但卻沒出現在正常老鼠裡的，表示它的標靶蛋白是 AD 腦部裡的某個蛋白，可用來做為阿茲海默症的 biomarker，或許也可以用在治療上。比較了之後，他們找到惹 DAG (序列為：CDAGRKQKC，通常以前三個氨基酸為名)。

DAG 出現在所有階段的 AD 基轉老鼠腦內，包括皮質(cortex)和海馬迴(hippocampus)，表示早期的 AD 老鼠腦部就有可以作為 biomarker 的蛋白。接著，他們把 DAG 打入基轉 AD 老鼠裡後做了一連串的螢光染色，試圖找出 DAG 的標靶細胞和標靶蛋白，發現它出現在鄰近有 Aβ 的神經星狀膠質細胞(astrocytes)。另外，DAG 也出現在大腦皮質(cerebrocortex)的血管內皮細胞(biomarker: CD31)，而它標靶蛋白是血管內皮細胞上的 CTGF。這個蛋白質表現在人類和老鼠的腦中，功能是啟動發炎反應和組織修復，腦部受傷後 CTGF 的表現量會上升。他們研究了 CTGF 在腦部的表現，發現和正常老鼠相比，它同樣大量表現在 AD 基轉老鼠的大腦皮質和海馬迴，而且也是出現在 astrocytes，他們也做惹 binding 測試，確認 DAG 的標靶的確是 CTGF。

之後，他們檢測了三、四個月大、Aβ 尚未出現的年輕 AD 基轉老鼠腦部，發現 DAG 大量出現在大腦皮質和海馬迴，主要在其血管內皮細胞，表示 DAG 的標靶是 CTGF 而不是 Aβ。為了確認 DAG 不只作用在老鼠腦部細胞，他們用 AD 患者的幹細胞做 binding 測試，是用 DAG-conjugated Ag-nanoparticle (DAG-AgNP) 去染細胞組織，發現可以看到 DAG。用病患的腦部切片測試的話，DAG-AgNP 則出現在含有大量 Aβ 的海馬迴，用螢光染色的話也可以看到 CTGF 同樣出現在海馬迴，表示 DAG 的標靶蛋白是 CTGF。看到這裡可能會覺得證據不夠有力，不過當他們在 DAG-AgNP 之前先加了 anti-CTGF 的抗體後，DAG-AgNP 的訊號就消失了，表示抗體阻斷惹 DAG-CTGF 的結合。 這裡有一點是我想知道，但是文章裡沒提到的，CTGF 在很多神經性疾病中都被發現表現量升高，而在這篇裡顯示疾病初期就可偵測到大量的 CTGF，我的話會想看到在正常老鼠和 AD 基轉老鼠裡，DAG, CTGF 和 Aβ 在三到九個月大的時候，表現量變化的比較。

最後就是 AD 治療的瓶頸，如何把 DAG 送進腦部？他們把 DAG 和帶有氧化鐵 (iron oxide) 的 nanoparticle 結合後，靜脈注射進九個月大的 AD 基轉老鼠裡，發現它可以進入到老鼠的大腦皮質和海馬迴。文章裡提到，這點可以用來做影像檢測 AD，但是 DAG 如果接了染劑或顯影劑後還能進到腦部嗎？



References:

NNR / Potential Biomarker for Early Detection of Alzheimer's (Nov 2017)

AP Mann et al, Identification of a peptide recognizing cerebrovascular changes in mouse models of Alzheimer’s disease. Nature Communications (2017)
https://www.nature.com/articles/s41467-017-01096-0

Tero AH Järvinen, Chapter 12 - Design of Target-Seeking Antifibrotic Compounds. Methods in Enzymology (2012); doi: 10.1016/B978-0-12-391858-1.00013-7

T Teesalu et al, Chapter 2 - Mapping of Vascular ZIP Codes by Phage Display. Methods in Enzymology (2012)

阿茲海默症和 epigenetics

目前知道造成阿茲海默症的可能基因有 APP (Amyloid precursor protein), PS-1 (Presenilin-1), PS-2 和 APOE4，APP 被 γ-secretase 剪後會變成 β-amyloid (Aβ)，而 PS1 或 PS2 則是 γ-secretase 的其中一個 subunit，這幾個基因的突變會造成 Aβ 在腦部堆積。除了這些已知的基因突變造成的病症，有的基因是在沒有突變的情形下，它的表現因為一些(外在)因素改變了，例如 methylation (甲基化)，這類相關研究也就是近幾年常聽到的 epigenetics (表觀遺傳學)。

這篇研究用 EWAS (epigenome-wide association studies) 比較了健康者和 AD 患者的的檢體資料，發現了有個基因的 promoter 在 AD 患者中是處於 hypermethylation 的狀態，也就是他的表現是被抑制住的，這個基因是 N-fatty-acyl-amino acid synthase/hydrolase PM20D1 (aka Peptidase M20 Domain Containing 1)。在細胞實驗中，當細胞受到 ROS (reactive oxygen species) 或是 Aβ 破壞後，PM20D1 的表現量顯著增加。另外，PM20D1 的表現量在 AD (已出現症狀)基轉老鼠大腦額葉皮質(frontal cortex)裡的也比在 AD 症狀出現前或是比同年齡控制組的老鼠來得高。

另外，當他們增加細胞裡 PM20D1 的的表現量時，ROS 引起的細胞死亡減少了，而在 AD 基轉老鼠的海馬迴培養細胞裡，靠病毒轉進而大量表現的 PM20D1 則減少了細胞裡的 Aβ 堆積。在老鼠實驗中，他們用病毒轉進 PM20D1 到 AD 基轉老鼠的海馬迴裡使其大量表現，發現三個月後老鼠腦部的 Aβ 變少了，並且牠們認知也改善了。相反的，當他們用 ASO (antisense oligonucleotides) 使老鼠腦中的 PM20D1 表現量降低時，牠們的 Aβ 的量則增加，認知功能下降。

大概是因為 PM20D1 的表現量在阿茲海默症裡不是受突變的影響，而是在 epigenetics 上的，所以作者們認為可以靠飲食改變 PM20D1 的表現而減少得到阿茲海默症的機率，只是吃什麼可以增加 PM20D1 的表現還未可知。XD



Articles:

NNR / Brain Food: Changing our diet could prevent Alzheimer's


Papers:

JV Sanchez-Mut et al, PM20D1 is a quantitative trait locus associated with Alzheimer’s disease. Nature Medicine (2018)

皰疹病毒和阿茲海默症的關係

之前有提過，關於阿茲海默症，有一派的學說認為腦中的 Aβ (amyloid-β) 和 tau 堆積可能是因為病毒或細菌感染所引起的，而最近有兩個發表在 Neuron 的研究顯示了皰疹病毒(herpesviruses)和阿茲海默症的關聯。其中一個研究分析了過世的病患的大腦後，發現患者的腦裡有兩種皰疹病毒的蹤跡，分別為 HHV-6A 和 HHV-7。Mount Sinai 的研究團隊定序了病患腦部的 DNA 和 RNA 想找到可以作為藥物標靶的東西，在分析了超過一千四百位過世病患腦部不同部位 -- 包括有 superior temporal gyrus (STG), anterior prefrontal cortex (APFC) 和 dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) -- 的檢體後，在腦部的 AFPC 和 STC 發現了皰疹病毒 HHV-6A 的基因 U3/U4 (相似於 HHV-5 的 US22) 和 HHV-7 的 DR1，而且這些病毒似乎會影響人類的基因表現。他們發現 HHV-6A 會抑制 microRNA miR-155 的表現，當他們把老鼠 表現 miR-155 的基因拿掉後，其腦中的 Aβ 堆積會比正常老鼠的多。

他們也比較了阿茲海默症病患和其他患有神經性疾病的病患做比較，發現只有 AD 病患腦中的 HHV-6A 和 HHV-6 比較高。

HCMV: human cytomegalovirus, aka HHV-5

HHV-6 和 HHV-7 皆屬於皰疹病毒下的 roseoloviruses。HHV-6 有兩種：HHV-6A 和 HHV-6B。HHV-6A 會引發玫瑰疹 (roseola, aka exanthem subitum)，通常發生在幼兒身上，症狀是連續幾日的高燒，身上出現大塊紅疹。HHV-7 也會引發玫瑰疹，這兩種病毒很常見，大概有 90% 的成人都有。感染後病毒會潛伏在體內，HHV-6 會潛伏在免疫細胞 monocytes 和骨髓細胞(bone marrow progenitor cells)，HHV-7 會潛伏在 T cells。

另一個由哈佛醫學院和 MGH 合作的研究則是測試 Aβ 對皰疹病毒 HSV-1, HHV-6A 和 HHV-6B 的反應，他們認為 Aβ 是免疫系統的一環。在這篇研究中 Aβ oligomers 會結合皰疹病毒的表層膜中的醣蛋白(glycoprotein)，使病毒無法繼續活動或感染其他細胞。在神經細胞的實驗中，HHV-1, HHV-6A 和 HHV-6B 會加速 Aβ 的堆積，在感染後的 24 小時內便可觀察到 Aβ 堆積和纖維化(fibrilization)，而且 Aβ 可以抵抗 HSV-1 的感染。在老鼠實驗中也出現類似的結果，阿茲海默的基轉鼠 5XFAD 會在十到十二週大的時候腦中才出現 Aβ 堆積，但是卻在感染 HSV-1 的二十四小時後出現堆積。另外，HSV-1 會使老鼠出現腦炎(encephalitis)的病症，但是感染了 HSV-1 的 5XFAD 老鼠的存活率比感染後的野生鼠高，Aβ 會和 HSV-1 結合避免腦炎發生。HSV-1 的醣蛋白 glycoprotein B (gB) 會和 Aβ 結合，引起 Aβ 的纖維化，使病毒無法進入細胞，不過同時也會增加 Aβ 的堆積。

台灣的一個研究分析健保資料庫裡 2001 年間超過 33000 的病例，比較有無感染到 HSV-1 和得到失智症的比例，和得到 HSV-1 後有無用藥和得到失智症的比例後，發現 HSV-1 的感染使失智的機率增高 2.5 倍。（沒想到這篇文章會找到台灣的研究阿，但我覺得這只是表示兩者間有某種程度上的關聯，並不足以證明 HSV-1 感染會增加失智症的風險。）



Articles:

The Scientist / Herpes Viruses Implicated in Alzheimer’s Disease (June 2018)

NNR / How Herpes and Alzheimer's Disease are Linked (June 2018)

MGH / Amyloid beta protein protects brain from herpes infection by binding to, entrapping viral particles (July 2018)


Papers:

B. Readhead et al., Multi-scale analysis of independent Alzheimer’s cohorts finds disruption of molecular, genetic, and clinical networks by human herpesvirus. Neuron (2018)

W.A. Eimer et al, Alzheimer’s disease-associated β-amyloid is rapidly seeded by herpesviridae to protect against brain infection. Neuron (2018); Corrections: 10.1016/j.neuron.2018.11.043

NS Tzeng et al, Anti-herpetic Medications and Reduced Risk of Dementia in Patients with Herpes Simplex Virus Infections-a Nationwide, Population-Based Cohort Study in Taiwan. Neurotherapeutics (2018)

抗發炎藥物似可預防阿茲海默症

如果阿茲海默症的預防可以這麼簡單，那真是好事。

關於阿茲海默症的一些知識可以先看這篇：阿茲海默症新藥 新進度 Aducanumab
或這篇：利用 ASO 治療阿茲海默症

這個研究是 UBC 的教授做的，重點有兩個：

1. Aβ42 不只出現在腦部，全身上下的器官中都有，包括口水中也有，口水中的是由頷下腺(submandibular glands)產生的。口水中的 Aβ42 可以用 ELISA 就測出來，所以其實可以早期發現早期治療，而不是像現在這樣要等到輕微失憶(mild cognitive impairment, MCI)的症狀出來 [註]。在他們的控制組中沒有 AD 症狀的案例)裡，測出的 Aβ42 可以分成兩組，一組是口水中 Aβ42 量較低的(19-25pg/ml)，一組是較高的(41-60pg/ml)。低的那組是沒有 AD 風險的 ，他們口水中的 Aβ42 量為約 20pg/ml。

註：AD 進展分為六個階段，一期五年，每五年會惡化一倍。通常症狀會在 65+ 歲顯現出來，倒推回去大概是在 55+ 歲左右開始。第二個階段(第二個五年開始)和第三個階段(第三個五年)可以用 PET scan 測出來。第四個階段會開始出現輕微失智(MCI)，海馬迴(hippocampus)的萎縮也可以用 MRI 看出來，這個階段開始，AD 便無法被預防。

AD 的鑑定方法目前有三種：
- CSF (cerebrospinal fluid)裡的 Aβ 和 tau 量是否降低，但因為 CSF 是流動的，這個方法有限制。
- 用 PET scan 看腦中是否有 Aβ 堆積
- 用 MRI 看腦部(尤其是海馬迴的部分)是否有萎縮

2. 普拿疼(Ibuprofen)等的非類固醇抗發炎藥物(nonsteroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs)可以預防阿茲海默症。

相關文章：治療阿茲海默症的另一種可能？

後發性(也就是非基因造成)的阿茲海默症病因一直以來都是個問號，目前皆認同的是因為 Aβ (β-amyloid)和 p-tau 堆積造成腦細胞死亡，進而造成失智。但近來發炎這個現象也被考慮為病因之一，只是還不清楚是因為 Aβ 和 p-tau 堆積才造成發炎，加速惡化，還是因為發炎了才引發堆積。總之，抗發炎這個路徑也在研究治療的範圍之中。

之前就有臨床研究發現，類風濕性關節炎(rheumatoid arthritis, RA)的病患得 AD 的比例較低，但不知道原因。在過去的 25 年間，有很多研究顯示有服用抗發炎藥物的 RA 病患人口，其中有得到 AD 的比例比較低。另外，類風濕性關節炎發作時間比 AD 較早，RA 病患通常在早期就開始吃抗發炎藥物。他們發現服用 NSAIDs 需要在 AD 之前就開始吃，至少吃了半年，最好是已吃了五年以上。



Articles:

NNR / Ibuprofen Can Prevent Alzheimer's Disease -Apparently


Papers:

PL McGeer et al, Alzheimer’s Disease Can Be Spared by Nonsteroidal Anti-Inflammatory Drugs. J Alzheimers Disease (2018)

M Lee et al, A Method for Diagnosing Alzheimer’s Disease Based on Salivary Amyloid- Protein 42 Levels. J Alzheimers Disease (2017)

McGeer et al, Inflammation, Antiinflammatory Agents, and Alzheimer’s Disease: The Last 22 Years. J Alzheimers Disease (2016)

利用 ASO 治療阿茲海默症

阿茲海默症(Alzheimer's Disease, AD)的致病原因除了大家都知道的 β-amyloid (Aβ) 和 tau 堆積外，還有一個是 ApoE (apolipoprotein E)。ApoE 在腦中是由 astrocytes 製造的，原本的功能是運送膽固醇(cholesterol)到神經細胞，但並不知道它在 AD 裡扮演的角色為何。雖然早在 25 年前就發現它會增加 AD 的風險，帶有 ApoE4 基因得到 AD 的機率比帶有 ApoE3 的高三倍以上，但其詳細機制還不清楚。

目前認為 Aβ 是引起阿茲海默症的原因，但它的堆積似乎和疾病的症狀沒有直接關係，在它之後發生的 tau 堆積反而會造成腦部的損害。那 ApoE 呢？它在其中扮演獨立的角色，還是牽線的角色？ApoE 的 variants 有三種：ApoE2-4，並不是每種都會增加阿茲海默症的風險，目前所知只有 ApoE4 會。這期的 Neuron 有兩篇是關於 ApoE4，第一篇研究顯示 ApoE4 是造成 Aβ 開始堆積的原因。之前有研究顯示帶有 ApoE4 基因的人其 Aβ 堆積的 plaques 比沒帶得多，也許它是造成 Aβ 堆積的原因，或是它會促進 Aβ 的堆積。Aβ 在腦中一開始只是緩慢的微量堆積，稱為 seeding stage，到後期量邊多了以後，堆積速度會變快，而在這個過程中 ApoE 是從哪個階段開始參與呢？

Liu et al 的這篇研究用了可以控制 ApoE3 和 ApoE4 表現且帶有基因突變(APP/PS1)的 AD 老鼠，AD 老鼠在四、五個月大的時候會開始出現 Aβ 堆積的徵兆，然後六到九個月大是 Aβ 堆積最快速的時期，十個月大的時候則接近巔峰。他們讓老鼠的 ApoE 在三個不同時期開始表現：從剛出生到九個月大時都持續表現、只在前面六個月(也就是 Aβ 的 seeding stage)表現，或是在疾病的後期(也就是六到九個月大時)才表現。他們發現 ApoE4 從剛出生到九個月大都持續表現的老鼠，牠們的 Aβ 堆積有明顯的增加，而只表現 ApoE3 的老鼠則沒出現這個現象。他們也比較了只表現前六個月(出生到六個月大)和只表現後三個月(六到九個月大)的老鼠，發現前六個月有 ApoE4 表現的老鼠的 Aβ 堆積也有明顯增加，而只有後三個月有 ApoE4 表現的老鼠卻沒這個現象。另外，他們也發現 ApoE4 會讓 Aβ 無法被自然清理掉，使得它更容易堆積在腦內。

ApoE4 除了會加速 Aβ 的堆積外，也會增加 tau 對腦部的傷害。幾個月前刊在 Nature 的研究顯示 ApoE4 會加速 tau 的堆積，之前也有研究顯示 ApoE4 會增加 phospho-tau (p-tau) 的表現量。 Shi et al 的這個研究用了帶有突變 tau 基因(P301S)的老鼠，這個突變會產生大量 tau (是原本 endogenous tau 的五倍量)，隨著年紀增長，insolube tau 會漸漸增加，最後形成 tau tangles，且這些堆積在腦部的 tau 都被高度磷酸化(phosphorylated)。這種老鼠在 1.5 個月大的時候腦部就會出現 tau 的堆積，在八個月大的時候即可觀察到腦細胞死亡和腦萎縮，海馬迴尤為嚴重。他們把這種老鼠本身的 ApoE4 基因拿掉，讓它不帶任何 ApoE 基因(ApoE KO, TEKO)，或是拿掉 ApoE4 基因(TEKO)後再轉進其中一種人類的 ApoE 基因(P301S/ApoE2 (TE2), P301S/ApoE3 (TE3), P301S/ApoE4 (TE4))。

About AD transgenic mice: Tau P301S (Line PS19)

突變 tau 的老鼠在三個月大時，帶有人類 ApoE4 基因的老鼠腦部的 tau 表現量就比帶有其他種 ApoE 的高很多，其海馬迴裡的 p-tau 表現量也比較高。當老鼠九個月大的時候，他們檢視老鼠腦部，發現帶有 ApoE4 基因的老鼠腦部損害(萎縮)最嚴重，而帶有 ApoE2 的則是最輕。有趣的是沒帶有任何 ApoE 基因的老鼠(P301S/TEKO)腦部幾乎沒有被 tau tangles 損害；而不管是否帶有其中一種 ApoE，但是只帶有正常 tau 而非突變 tau 基因的老鼠，在九個月大的時候腦部也沒有萎縮的跡象。另外，帶有 ApoE4 基因的老鼠 (P301S/TE4)出現因為免疫反應引起的發炎，但是帶有其他 ApoE 的老鼠並沒有這個情形。而且同樣的，如果是正常 tau 而非突變 tau 的話，即便帶有 ApoE 也沒有出現免疫反應。體外試驗顯示並非只有 ApoE4 會使表現突變 tau 的細胞出現免疫反應和引起神經細胞的死亡，其他的 ApoE 也會，只是沒 ApoE4 那麼嚴重。

除了老鼠實驗，他們也檢視了 ApoE 和 tau 在人類患者中的關係是否和在老鼠中相同。大多數人帶有的是 ApoE3，少數沒有帶任何 ApoE 基因的人通常會出現膽固醇過高的情形，如果沒治療的話，可能會在年輕時便因心血管疾病而死。在這個研究裡， 他們檢視了 79 位因為 tau 堆積致死患者的大腦和他們帶有的 ApoE 基因，發現 Aβ 堆積的程度和腦部萎縮的程度沒有直接關係，反倒是帶有 ApoE4 的患者惡化的比較快，腦部萎縮、損害的比較嚴重。總結來說，這篇研究顯示相較於 Aβ，tau 和 ApoE4 比較像是使病情惡化的主因，ApoE 會加速 p-tau 的堆積，並且引發免疫反應造成發炎現象，最終導致腦細胞死亡。



既然 ApoE4 似乎是造成疾病的關鍵因素之一，於是這期 Neuron 的第二篇相關研究便是用了ASO (antisense oligo)去抑制 ApoE 的表現，看看是否會有效果。他們用了兩種老鼠，分別是帶有 AD 突變基因(APP/PS1)和人類 ApoE3 的老鼠(AD/ApoE3)和帶有人類 ApoE4 的 AD 老鼠(AD/ApoE4)，然後在不同的時期把 ASO 打入這兩種老鼠：從剛出生第一天就給 ASO，或從六週大時(腦中已出現 plaques)才給 ASO，然後在十六週(四個月)大的時候檢視這兩種老鼠腦中的 Aβ 堆積情形。結果發現不管從何時開始打 ASO 都能有效降低 ApoE3 和 ApoE4 至約一半的量。至於在 Aβ 的部分，剛出生就給與 ASO 治療的老鼠，不管是 ApoE3 還是 ApoE4 的老鼠，牠們腦中的 Aβ 都明顯的降低了，並且 ApoE4 老鼠腦中的 plaques 也比沒 ASO 治療的低。如果是六週後才進行 ASO 治療的話，Aβ 量則沒有明顯的降低。不過有趣的是不管是剛出生就給 ASO，還是六週後才給 ASO，Aβ plaques 旁邊的 neuritic dystrophy 都有變少，即便六週才給 ASO 的老鼠腦中的 Aβ 量並沒有減少，表示 ApoE4 可能有參與 Aβ 引起的發炎反應。


由以上研究看來，ApoE4 雖然是配角，但卻是關鍵配角。好想知道我的 ApoE variants 是哪一種哦，希望不是 ApoE4。XD



延伸閱讀：阿茲海默症新藥 Aducanumab



Articles:

WU in St. Louis Press Release / Newly ID’d role of major Alzheimer’s gene suggests possible therapeutic target

Alzheimer's News Today / Targeting ApoE in Brain Alone May Lead to Alzheimer’s Treatment, Researchers Say

NNR / Treatment Reduces Alzheimer's Damage

Nature News / Alzheimer's disease: The forgetting gene (2014)


Papers:

Y Yoshiyama et al, Synapse Loss and Microglial Activation Precede Tangles in a P301S Tauopathy Mouse Model. Neuron (2007)

Y Shi et al, ApoE4 markedly exacerbates tau-mediated neurodegeneration in a mouse model of tauopathy. Nature (2017)

C Liu et al, ApoE4 Accelerates Early Seeding of Amyloid Pathology. Neuron (2017)

TV Huynh et al, Age-Dependent Effects of apoE Reduction Using Antisense Oligonucleotides in a Model of β-amyloidosis. Neuron (2017)

阿茲海默症的可能藥物：Fyn inhibitor

今天的 seminar 是關於阿茲海默症(AD)的。阿茲海默症的治病因子之一是 amyloid β (Aβ) 在腦中堆積，造成神經細胞死亡，進而造成失智症狀。這個病到現在還沒有藥物可以治療，雖然近幾年不少藥廠投入，但都無果，不管是抗體藥還是 HACE1 inhibitor，都在臨床上無法有顯著效果，稍似有效果的都是在病情初期(mild cognition impairment)便開始治療，如果在出現明顯認知障礙後再治療就沒有用了。

今天的講者是耶魯大學的 Dr. Strittmatter，他們的研究發現 PrPc (prion protein)出現在 postsynaptic density (PSD)，Abeta 會堆積在細胞上是透過 PrPc。PrPc 只會和 Abeta oligomer 接合(interact)，而不會和 Abeta monomer 接合，Abeta 和 PrPc 接合後會 activate Fyn kinase。Abeta 堆積也會造成 LTP (long-term potentiation)無法表現，他們發現如果 knock down PrPc，那即便在細胞中加入 Abeta oligomer，LTP 還是能夠表現。另外，PrPc KD 也能夠阻止 Abeta 造成的 dendritic spine loss。他們同時試驗在老鼠身上，AD transgenic mice (APP/PS1)在十二個月大的時候，腦中會開始出現 Abeta 堆積，也會出現 memory impairment，但是在十二個月大時利用 Cre knock-down PrPc，六個禮拜後老鼠便恢復記憶力，在這個時候都還是 PrPc-dependent，但是老化時間再久一點的話，就會變成 PrPc-independent，Abeta 的堆積之後還是會早成 cognition impairment。

Ps. Fyn: a Src family kinase (SFK)

到這裡知道的是 Abeta 和 PrPc 接合後會啟動 Fyn，那 PrPc 和 Fyn 的交接點是什麼呢？他們掃過 PSD 中的所有 transmembrane proteins，發現透過 mGluR5，當他們 knock-down mGluR5 或用 mGluR5 antagnoist 後也會出現和 PrPc KD 同樣的效用。mGluR5 下游的 signalling molecules 有 eEF2 和 Fyk2，PrPc KD 或是 mGluR5 KD 會降低 p-eEF2。

所以這條 pathway 是：Abeta oligomers > PrPc > mGluR5 > Fyn activation > phosphorylation of eEF2, Fyk2, NR2A/NR2B

PrPc 和 mGluR5 在這條 pathway 中缺一不可。

最後，他們把下游的 Fyn 作為標的物，用一個已經知道的 Fyn inhibitor, AZD0530 (saracatinib), 來試驗。AZD0530 是之前某個 drug screen 釣出來的 compound，原本是想用來治療癌症的，但是臨床效果不佳。AZD0530 可以通過 BBB (blood-brain barrier)，也已經通過安全測試。他們把它拿來用在 cell cultures 和 AD 老鼠身上，發現可以阻止 Abeta 造成的 dendritic spine loss，也可以使 AD 老鼠恢復記憶，目前已通過 phase 1 的臨床試驗，現在正進入 phase 2。



References:

1. JW Um et al, Alzheimer amyloid-β oligomer bound to postsynaptic prion protein activates Fyn to impair neurons. Nature Neuroscience 2012 (doi: 10.1038/nn.3178)

2. JW Um et al, Metabotropic glutamate receptor 5 is a co-receptor for Alzheimer Ab oligomer bound to cellular prion protein. Neuron 2013 (doi: 10.1016/j.neuron.2013.06.036)

3. AC Kaufman et al, Fyn inhibition rescues established memory and synapse loss in Alzheimer mice. Annals Neurology 2015 (doi: 10.1002/ana.24394)

阿茲海默症新藥 新進度：Aducanumab

目前普遍認為的阿茲海默症致病因子為 amyloid-β 42 (Aβ42) 和 tau protein，Aβ42 堆積在腦中後，接著 tau 也跟著堆積在腦中，大量的蛋白堆積引發一連串的反應，對腦部造成傷害，這個假說稱 amyloid cascade hypothesis。APP (amyloid precursor protein)是一個 transmembrane protein，它的 N-terminus 是在細胞外(extracellular)，C-terminus 嵌入細胞膜中。N-terminal 那一段會先被 BACE1 (β-secretase)切開，然後釋放到細胞外(extracellular space)，之後嵌在細胞膜中的那段再被 γ-secretase 切割，釋放出中間有 42 個氨基酸的那一小段，即是 Aβ42。單個的 Aβ42 (monomer) 會聚集在一起變成 aggregates (oligomers) 或 fibrils 堆積在腦中形成 plaques。另一個致病蛋白 tau protein，在磷酸化(phospho-tau)後會堆積變成 neurofibrillary tangles (NFTs)。這兩個蛋白的堆積會產生一連串的反應，例如發炎反應(inflammation)，這些會引發神經細胞死亡，對腦部造成傷害，最後導致記憶和認知力出現問題。

雖說大部分的阿茲海默症都是隨機發生的，隨著年齡增長、老化，得到阿茲海默症的機率也會增加，但有少部分是遺傳性的，由於基因突變造成的，遺傳性的會有早發症狀(early onset)，通常在五、六十歲就會出現，目前所知造成疾病的突變基因有四個：APP, presenilin 1 (PSEN1), presenilin 2 (PSEN2) 和 APOE (apolipoprotein E)。



因為認為 Aβ 和 tau 堆積是造成疾病的原因，目前研究的方向多為阻止 Aβ 的產生，或是清除腦中大量的 Aβ。治療 AD 的藥物除了有針對 BACE1 和 γ-secretase 的外，另一種是這幾年起來的免疫治療(immunotherapy)，標的物為 Aβ 的抗體，目標為清除腦中的 Aβ。已進入第三期臨床試驗的主要有：Aducanumab (BIIB037; Biogen), CAD106 (Novartis), Crenezumab (AC Immune SA, Genentech, Hoffmann-La Roche), Gantenerumab (RO4909832, RG1450; Chugai Pharmaceutical Co., Ltd., Hoffmann-La Roche), Solanezumab (LY2062430; Eli Lilly & Co.)。

之前 Pfizer 和 Janssen 合作的 Bapineuzumab (AAB-001) 在第三期臨床試驗後，因為沒達到預期的效果停止了。

See: List of current AD drugs (all are still in clinical trials)

這篇研究結果之前已發表在 conference，這是第一次發表在 peer-reviewed paper。Biogen 研發的治療阿茲海默症的抗體藥物 aducanumab (BIIP037)是利用病患腦中會出現的 Aβ aggregates 去刺激 memory B cells 製造出來的抗體，這個抗體(monoclonal)只會對 Aβ aggregates 產生反應，包括 soluble oligomers 和 insoluble fibrils。這個臨床試驗(名稱 PRIME)主要是安全測試，是否能減緩記憶力和認知能力喪失需要等另外兩個較大、長達18個月的臨床試驗(phase III)結束才知道，目前正在進行，預計要到 2020 年。

PRIME 是針對 165 位輕微阿茲海默症患者，有用 PET imaging 確認過腦內有 Aβ 堆積。病患分成兩組，一組是打安慰劑(placebo, n = 40)，一組打藥(iv infusion)，一個月打一次，持續打 54 週(約一年)。打藥的又分成四組不同的藥量(1-, 3-, 6-, 10-mg/kg)，PRIME 的結果跟動物實驗的一樣，藥量越高的腦中的 Aβ 堆積和 plaques 減少最多，認知力消退的速度也比打安慰劑的病人慢。

不過，要注意的是 aducanumab 引起的免疫(microglia-mediated)反應雖然能夠移除 plaques，但也可能造成 ARIA (amyloid-related imaging abnormalities)，尤其是劑量高或病患帶有 APOE4 基因的時候，症狀是輕微頭痛或視覺受影響。這次臨床試驗中雖然因 aducanumab 而造成的腦部影像異常的病患只有三分之一，但還是需要小心，因為之前有抗體治療的病人最後是死於腦部發炎。出現腦部影像異常的病人，在四到十二週後異常的現象就消失了，而且也沒有病患因此住院。Biogen 有密切關注這些病患的狀況，並且調整藥量。

另外要注意的還有樣本數量太少，很多其他治療 AD 的藥都是初期的臨床顯示有效，但最後還是失敗了，有的病患甚至死亡。

自從多年來 AD 的抗體治療失敗後，aducanumab 終於帶來希望。另外也是抗體藥物的 solanezumab 在 2013 年兩次的臨床試驗失敗後(沒有減緩認知力的消退)，現在還在進行其他臨床試驗，可能在今年年底會有結果

ps. 通常只有千分之一或二的抗體能夠通過 blood-brain barrier (BBB)，為什麼 aducanumab 在減少 Aβ42 堆積的效果會超乎預期的好呢？目前認為是因為它對 Aβ42 oligomers & fibrils 的 high selective ＆ affinity。

前情提要：治療阿茲海默症的藥物有望？


[03-2019 update]

ALZFORUM / Biogen/Eisai Halt Phase 3 Aducanumab Trials (March 2019)

Biogen 於今年三月底宣布 aducanumab 的臨床試驗未達到預期結果，決定停止第三期臨床試驗。




Articles:

1. EM Reiman, Alzheimer's disease: Attack on amyloid-β protein. Nature, News & Views (2016)

2. EC Hayden, Alzheimer’s treatment appears to alleviate memory loss in small trial. Nature, News (2016)

3. Emily Underwood, Alzheimer’s trial supports β amyloid origin of disease. Science, News (2016)


Paper:

J Sevigny et al, The antibody aducanumab reduces Aβ plaques in Alzheimer’s disease. Nature (2016)

阿茲海默症是會傳染的嗎？（起源）

各位觀眾！知道現在在阿茲海默症(也就是老人痴呆症)研究中最熱門的話題是什麼嗎？就是它是不是跟狂牛症 CJD 的蛋白 prion 同樣是 transmissible between person and person。（有的人以為阿茲海默症是遺傳才會得到，但並非如此，只有部分的患者是因為遺傳，遺傳的話會在五十幾歲就發作了，大多數得到阿茲海默症的患者並不知道原因，目前只知道造成因素很多。）

阿茲海默症會傳染的想法是從哪裡開始的呢？英國在 1959 年到 1985 年間用從人類屍體裡的腦下垂體(pituitary gland)中萃取出來的生長激素(hGH, human growth hormone)來治療矮個兒，在那 27 年間施打過生長激素的約有三萬人，後來發現這些生長激素在準備過程中被污染了狂牛病 CJD (Creutzfeldt–Jakob disease)的致病因子 prion。截至 2012 為止，全球的 450 位的 CJD 案例中，有 226 位是因為施打生長激素而感染到的。

英國倫敦大學(University College London)的神經學家，同時也是研究主持人 Dr. John Collinge 和他的同事檢視了其中八位年齡在 36-51 歲之間，因為 CJD 而過世的病患腦細胞組織。這些患者在接受最後一劑生長激素治療的約 19 年到 31 年後，才因 CJD 發病過世，生前並沒有任何阿茲海默症的症狀。不過，檢驗後但卻發現其中有四位的腦中除了有 prion 外，還有導致阿茲海默症的澱粉樣蛋白 Aβ (amyloid-β) 堆積，這是非常罕見的情況 [1-4]。為了確認這是因為施打賀爾蒙而引起的，Collinge 也檢視了其他 116 位沒施打過生長激素的 CJD 病患，看有沒有人同樣有 Aβ 堆積，但沒人有同樣的徵狀 [3]，於是 Collinge 便懷疑 Aβ 是否像 prion 一樣可以經由輸血或手術傳染到別的生物身上，而生長激素同時被 Aβ 和 prion 污染，便因此一起被傳染到患者體中。

不過如果病患的 Aβ 是因為注射生長激素感染的，表示生長激素的來源有問題，也就是那些用來萃取激素的腦下垂體含有 Aβ，但是 Aβ 會由大腦轉移腦下垂體嗎？在一份 2013 年美國的研究報告中顯示，發現有 49 名死於 Aβ 堆積的患者，他們的腦下垂體也有 Aβ 堆積 [1]。

另一個證據是德國 University of Tubingen 的神經學家 Mathias Juncker 曾經把從阿茲海默正病患的腦萃取物 misfolded Aβ 注射到老鼠腦中或肌肉中，都會使老鼠腦部出現病徵 [5]，而這點和 CJD 類似，當把死於 CJD 的動物腦部萃取物打入健康的動物體內後，也會使其引發 CJD 而死。

不過到目前都還只是推測，並沒有確切和直接的證據，例如把受污染的生長激素打到老鼠腦中看牠們會不會出現阿茲海默症的症狀 -- Aβ 堆積在腦中，因此 Collinge 和其他學者們目前試圖取得更多資料，他們也得到之前的生長激素，希望能夠確認  Aβ 是否真的能夠經由手術之類的途徑傳染。



Articles:

1. A Abbott, Autopsies reveal signs of Alzheimer’s in growth-hormone patients. Nature News (2015)

2. A Abbott, The red-hot debate about transmissible Alzheimer's. Nature News (2016)

3. E Underwood, Is the Alzheimer’s protein contagious? Science News (2015)


Papers:

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

5. M Meyer-Luehmann, J Coomaraswamy and T Bolmont et al, Exogenous Induction of Cerebral ß-Amyloidogenesis Is Governed by Agent and Host. Science (2006)

治療阿茲海默症的藥物有望？

科學家們試著用抗體來治療阿茲海默症已經很久了，試過的藥廠不少，但都以失敗收場，七月時在 DC 的一場阿茲海默症國際研討會中，有兩家生技公司發表了他們似乎有點成效藥物，分別是 Biogen 和 Eli Lilly，這兩家公司用的抗體都是針對 β-amyloid (Aβ)，是一種會堆積在腦細胞中的蛋白質，目前認為 Aβ 的堆積是造成疾病的原因。

Eli Lilly 的抗體 solanezumab 在過去幾次治療輕微到中度阿茲海默症的臨床試驗都沒有顯著成效，2012 年的時候宣布用藥和用 placebo 的結果並沒有差別，但是後來重新分析結果，發現在輕微症狀的病患中是有些微效果的，於是繼續臨床試驗，然後在這次在會中表示此藥物在某些輕微病患身上確有減緩認知衰退(cognition decline)的效果(by 34%)，至於它沒有幫助減少腦中 Aβ 的堆積量則不知，因為尚未測量過。目前此藥正在進行 phase III 的臨床試驗（輕度阿茲海默症患者），這個臨床試驗從 2013 便已開始，受試者有 2100 位，預計明年(2016)十月會結束。

Biogen 的抗體 adumanucab 在初期的階段有正面的結果，此藥被施打在 166 位被診斷為初期患者的身上(10mg/kg)，結果顯示有 27 位病患在認知上有顯著效果，由 PET 掃描觀察到的 Aβ 量也有減少，不過可惜的是有效藥量在一些病患身上會造成腦部腫大和出血，於是藥廠決定把量減低(6mg/kg)，結果顯示三十位病患在用藥 54 週後雖然 Aβ 量有減少，但並沒有改善認知衰退的症狀。這個結果發表了以後，還造成公司股票下跌，不過他們今年還是會進行長達十八個月、有 2700 受試者的 phase III 臨床試驗。

Pfizer 和 Johnson & Johnson 也曾經試過抗體藥物，他們的 bapinezumab 臨床試驗有 2400 受試者，但在 2012 年宣告失敗後停止繼續研發。Roche 也在去年十二月停止了它有三千位受試者的抗體藥物 gantenerumab 的臨床試驗。很多學者認為之前會失敗是因為太晚治療，目前的研發和臨床試驗便朝著防止 Aβ 堆積的方向前進，意味著越早治療越好，Lilly 的結果也符合這個理論，藥物在輕微症狀的患者身上效果比較顯著，他們的成果可說是帶來了治療的新希望。

除了抗體藥物外，還有疫苗類治療，Novartis 和 Banner Institute 合作研發和開始了一個叫 CAD106 疫苗的第三期臨床試驗，這個疫苗用在加快對 Aβ 的免疫反應，但卻不會引發 inflammatory T cells 的作用。這個疫苗的臨床試驗針對的不是已有阿茲海默症狀的病人，而是 1300 位認知正常，但帶有兩對 APOE4 variant 的人，因為帶有這個基因的人有很大的可能會發展成阿茲海默症，如果這個疫苗成功的話，就可以避免疾病的發生。



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03.21.2016 update:

Eli Lilly 上個禮拜公佈消息說要改 Phase III (EXPEDITION3) 的 endpoints，本來包括 cognition 和 function (daily ability)，但現在要改成只專注在 cognition，很多人覺得這表示藥品失敗了，改成單個  endpoint 只是讓效果看起來比較好一點，公司股價也掉了近 5%。不過波士頓 Brigham and Women’s Hospital 的神經學家 Dennis Selkoe 說目前的困難是如何確認藥效，目前現有的測量方法似乎無法準確測量病徵是否真的減輕、藥是否有效減緩病徵，所以 solanezumab 到底是否有效還是個未知數。

01.25.2018 update:

EXPEDITION3 最後的臨床結果出來了，發表在這期的 ENJM，參與者總共有 2,129 位輕微失智(mild dementia)病患，治療方式為每四週給予一劑藥物(400mg)。這是多個中心合作的 Phase III 雙盲試驗，但是比較結果顯示效果並不顯著，作者認為可能是因為藥的劑量不夠，或是治療的時間太晚，要有效果可能要在更早期，症狀還不明顯時開始治療。


最近更新：阿茲海默症新藥 新進度 (adumanucab)


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Articles:

E Underwood, Antibody drugs for Alzheimer's stir hope and doubts. Science News (2015)

E Underwood, Alzheimer's amyloid theory gets modest boost. Science, In Depth (July 2015)

Sara Reardon, Antibody drugs for Alzheimer’s show glimmers of promise. Nature News (2015)

E Underwood, Why the big change to Lilly’s Alzheimer’s trial is not evidence its drug has failed again. Science (2016)

CUMC News Press / Alzheimer’s Drug Targeting Soluble Amyloid Falls Short in a Large Clinical Trial (2018)


Paper:

LS Honig et al, Trial of Solanezumab for Mild Dementia Due to Alzheimer’s Disease. NEJM (2018)

睡覺有多重要？幫你洗腦！

人是種需要睡覺的動物，累的時候睡一覺可以讓你恢復體力，頭腦變清醒。沒睡覺或睡眠不足則會讓你學習力降低、反應變慢，嚴重點的，長期失眠還會造成死亡，連續幾天到幾個星期的睡眠缺乏(sleep deprivation)可以殺死老鼠和果蠅。大家都知道睡眠很重要，沒睡覺會精神不濟，但睡覺真正的功能是什麼呢？

羅徹斯特大學醫學中心(University of Rochester Medical Center, URMC)的神經學家 Maiken Nedergaard 和他的研究團隊在 2012 年的時候在 Sci Transl Med 發表了一篇洗腦的研究，顯示大腦中腦脊髓液(cerebrospinal fluid, CSF)會經由膠淋巴系統(glymphatic system)把大腦的垃圾清掃掉。

隔年，他們發現大腦是在睡覺的時候洗腦，而且在睡覺時清洗掉阿茲海默症致病蛋白 Aβ 的速度是清醒時的兩倍。

不過，2024 年的時候，英國倫敦帝國大學(Imperial College London)的研究團隊在 Nature Neuroscience 發表了一篇研究反駁了這個論點，在他們的老鼠實驗中，大腦在清醒的時候， 洗腦的速度比睡覺時快。

其實之前已有不少研究探討大腦是怎麼進行洗腦的，包括血管在擴張和收縮的時候會促使周圍的液體流動，使其可以把垃圾運送出大腦，不過詳細的機制還不清楚，例如為什麼睡覺的時候大腦血管會有特定的擴張和收縮模式，這個真的會使洗腦比較有效率嗎？

然後！Nedergaard 和他的團隊最近又發表了一篇研究說明洗腦的機制外，還發現安眠藥會阻礙洗腦。


Figure: M Nedergaard, Science 2013 [3]

大腦內的清掃系統

動物的身體是由細胞組成的，細胞在工作的時候會產生大量的代謝物(metabolic products/waste)，這些代謝物（或稱垃圾）是由淋巴系統從細胞帶走，送到肝臟去分解排出，但問題是腦部沒有淋巴系統，卻是個充滿腦神經細胞，工作量極大，會產生很多垃圾的地方，腦部的垃圾要怎麼清除呢？

2012 年的時候 Dr. Nedergaard 和他的夥伴 Dr. Iliff 先發表了一篇論文在 Sci Trans Med [1]，他們的研究顯示大腦是靠腦脊髓液(cerebrospinal fluid, CSF)把腦部的垃圾帶走的，CSF 經由動脈周邊的空間(para-arterial space)進入腦部，para-arterial space 是動脈和其中一種腦細胞 glia (astrocytes) 之間的空間。CSF 進入腦部之後會沿著動脈流到大腦各處，再經由 glia 細胞膜中的通道蛋白 AQP4 (auqaporin-4) 流出 para-arterial space，深入到細胞間清洗、和組織間液(interstitial fluid, ISF)交換、帶走垃圾，然後再流進 glia 和靜脈之間的空隙 para-venous space（上圖），沿著靜脈流到頸部，進入淋巴系統，跟其他身體部位產生的垃圾一起被送到肝臟。

這個腦部清洗系統因為是立基於腦細胞的 glia，所以取名為 glymphatic system。由於這個清洗的大動作需要耗費很多精力，Dr. Nedergaard 和他的夥伴就想啦，腦部應該沒辦法同時工作（思考或指揮其他動作）和清洗，大腦清醒的時候要工作，那大清掃是不是利用睡覺休息的時候呢？

大腦在睡覺時進行清洗

在這篇刊在《Science》的研究中，作者 Xie 花了兩年的時間訓練老鼠睡覺，然後用 two-photon imaging 觀察 CSF 在腦內的流動狀況，看是不是 CSF 的流動在清醒時和睡覺時有什麼不同。首先他把綠色螢光顯劑 FITC-dextran 注射到睡覺的老鼠腦中的 CSF，然後在接下了的半個小時裡紀錄 FITC 在腦內的流動情形，接著輕點老鼠的尾巴把牠叫醒，十五分鐘後再注入紅色螢光顯劑 Texas-red，同樣紀錄流動情形。結果他們發現，在睡覺的時候，FITC 大量流動在動脈周邊，進入到細胞間隙，但老鼠醒了之後才注入的 Texas-red 並沒有流動，跟 FITC 的流動面積比起來少了 95%。在另一個實驗中，他們把 FITC 注入清醒的老鼠腦內 CSF，同樣在接下來的半個小時內紀錄其流動情形，接著用 ketamine/xylazine 麻醉老鼠，十五分鐘後注入 Texas-red，觀察它的流動情形，他們發現在醒的時候 FITC 幾乎沒有流動，但麻醉後才注入的 Texas-red 大量流動，進入到細胞層，流動面積和自然睡覺時差不多。

是什麼造成清醒時和睡覺時 CSF 的流動差異呢？作者們想了，會不會是細胞之間的空隙(interstitial space)大小不同呢？清醒時細胞間隙比較小，造成 CSF 流動的阻力，所以流比較慢，睡著時空隙比較大，CSF 也就流動比較快。他們用了一種叫 TMA (tetramethyl-ammonium)的技術測量細胞間的流動空間，結果發現清醒時腦部間隙容量(interstitial space volume)只有 14%，睡著時則增大到 23.4%，他們也比較了麻醉時的情形，發現清醒時是 13.6%，麻醉後是 22.7%，跟清醒時相比增加了 60%。


Figure: S Herculano-Houzel, Science 2013 [4]

睡覺時的清洗活動可清掉阿茲海默症的致病因子 Aβ

很多神經性疾病，例如阿茲海默症(Alzheimer's Disease)或是帕金森氏症(Parkinson's Disease)，是由於蛋白結塊堆積在腦部造成的，阿茲海默症主要是因為 β-amyloid (Aβ)和 tau 堆積造成腦細胞死亡。在之前的研究中，Nedergaard 和 Iliff 發現 glymphatic system 能清洗掉 65% 被標記後注入到老鼠腦中的 Aβ [1]，於是他們在這次的研究中測試睡著和清醒時 Aβ 被清洗掉的速度有什麼差別，結果發現睡覺時清洗掉 Aβ 的速度是清醒時的兩倍。

現在知道腦部是在睡著時清洗腦中廢物，而且睡覺時清洗比較快是因為腦細胞間隙(interstitial space)變大的緣故，那是什麼控制清醒和睡著時的開關呢？是什麼機制能讓大腦知道「現在是睡覺時間，可以開始清洗了」呢？由上面的實驗知道，麻醉也可以造成和睡覺一樣的效果，表示腦部大清洗不是由生理時鐘控制的，而是單純由「醒」和「睡」來控制。

正腎上腺素調控洗腦頻率

之前有研究顯示正腎上腺素傳遞系統(noradrenergic signaling)處理清醒時的意識狀態，於是他們想確定是不是這個機制控制細胞間隙的大小，進而影響 CSF 流動。他們先把綠色顯劑 FITC 注入清醒老鼠的腦中，三十分鐘後再慢慢把抑制 noradrenergic signaling 的藥(adrenergic antagonists)送進去，持續約十五分鐘，緊接著再注入紅色顯劑 Texas-red。

結果顯示接在腎上腺抑制劑後注入的 Texas-red 流動面積大大增加，甚至跟睡著時和麻醉時差不多。皮質電掃描 ECoG (electrocorticography)顯示腎上腺抑制劑會使腦部進入類睡眠狀態，而 TMA 紀錄也顯示在注入抑制劑後，細胞間隙榮容量(interstitial space volume)由 14.3% 增加到 22.6%，表示正腎上腺傳遞機制不只控制了腦神經細胞的活動，也控制 interstitial space volume。

他們於 2022 年發表的研究也顯示老鼠腦中的神經傳導物質正腎上腺素(norepinephrine, aka noradrenaline)會刺激血管收縮，而藍斑核(locus coeruleus, LC)神經元釋出正腎上腺素的頻率大概每 50 秒一次，造成血液有規律的往前流動。

安眠藥會阻礙洗腦

他們最近的研究是直接把電極植入老鼠腦中測量腦部活動還有血流狀況，雖然老鼠頭部會需要連結傳輸線，但牠們還是可以在自然的情況下睡著。

他們將螢光試劑注入老鼠的腦脊髓液中以觀察它的流動，發現當老鼠的睡眠在非快速動眼期(Non-REM sleep)的時候，螢光試劑也會隨著正腎上腺素有規律的波動。為了確認是血管的脈動促使腦脊髓液的流動，他們刺激老鼠的腦部，使它從每 50 秒釋放出正腎上腺素變成每 10 秒就釋放正腎上腺素，然後觀察腦脊髓液的流動，發現腦脊髓液會更深入正腎上腺素釋放區塊的附近，表示腦脊髓液的流動有被加強了。

除此之外，他們也測試了安眠藥 zolpidem（原廠藥包括台灣的熱門安眠藥史蒂諾斯 Stilnox)，發現安眠藥會減少正腎上腺素釋放，使腦脊髓液無法深入腦中的縫隙進行清洗。

註：屬於 zolpidem 的安眠藥除了史蒂諾斯外，還有 Ambien CR, Edluar, Zolpimist, Intermezzo。

結論

非快速動眼(NREM)睡眠時，大腦會規律的釋放正腎上腺素，促使血管有規律的緩慢舒縮(vasomotion)，這個收縮調控著血液和腦脊髓液的體積變化，促使它們流動，進而達到清洗大腦的目的，而安眠藥則會阻礙正腎上腺素釋放和清洗大腦。

心得

之前還想說失眠的人如果想讓大腦可以進行清洗，似乎不得不使用安眠藥，現在看來反而有反效果，還是想辦法自然睡著好了。😂（或是看其他種類的安眠藥是否不會有反效果？）


作者之前也有在 TED 演講喔，有興趣可以看看。

這個研究告訴我們，睡眠是很重要的，大腦要睡覺才能夠清洗掉細胞工作產生的垃圾，不讓它們累積在腦中造成致病因子。而不管是哪種睡，只要大腦進入睡眠狀態，就會開始洗腦的動作。所以呢，不管早睡晚睡，有時間就睡覺，絕對是 Z > B der。


相關文章：大腦內的淋巴系統、睡覺的時候如何洗腦？



References

1. JJ Iliff et al, A Paravascular Pathway Facilitates CSF Flow Through the Brain Parenchyma and the Clearance of Interstitial Solutes, Including Amyloid β. Sci Transl Med (2012) DOI: 10.1126/scitranslmed.3003748

2. M Nedergaard. Garbage Truck of the Brain. Science Perspectives (2013)

3. Xie et al, Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain. Science (2013) DOI: 10.1126/science.1241224

4. S Herculano-Houzel. Sleep It Out. Science Perspectives (2013)

5. E Underwood. Sleep: The Brain's Housekeeper? Science News&Analysis (2013)
Web version: Sleep: The Ultimate Brainwasher?

6. C Kjaerby, M Andersen, N Hauglund et al. Memory-enhancing properties of sleep depend on the oscillatory amplitude of norepinephrine. Nat Neurosci (2022) DOI: 10.1038/s41593-022-01102-9

7. NL Hauglund, M Andersen, K Tokarska et al. Norepinephrine-mediated slow vasomotion drives glymphatic clearance during sleep. Cell (2025) DOI: 10.1016/j.cell.2024.11.027