阿尔茨海默病的特征是大脑发生特定关键变化,其中包括两类蛋白质沉积物的形成:β-淀粉样蛋白聚集体和tau蛋白缠结。
这些变化可通过多种方式检测。医疗专业人员和科学家能使用精密昂贵的神经影像技术观察大脑中这些蛋白质沉积的程度;另一种诊断方法是检测脑脊液中的β-淀粉样蛋白及某些修饰型tau蛋白,但采集脑脊液需进行腰椎穿刺,许多人认为该操作过于侵入性。
一种新近获批的检测方法通过血液样本测量β-淀粉样蛋白和pTau217(一种经修饰的tau蛋白,是阿尔茨海默病的重要标志物)水平。自该标志物被发现以来,研究人员意识到它可帮助检测"临床前期阿尔茨海默病"——即在出现任何症状前发现大脑β-淀粉样蛋白病理变化。但出人意料的是,科学家在非典型部位也检测到这种神经退行性病变的蛋白标志物。
发表于《Brain Communications》期刊的新研究指出,健康新生儿体内pTau217水平显著升高,其浓度甚至超过阿尔茨海默病患者。这一发现表明,该毁灭性疾病特征性的蛋白质变化在特定条件下具有可逆性——为治疗提供了新可能性。
正常tau蛋白参与结合并稳定构成神经元结构的蛋白网络。tau分子可通过磷酸化过程附着磷酸基团(由氧和磷组成的分子),该过程会导致tau支撑的神经元结构失稳,进而促进缠结形成。实际上,pTau217正是在科学家称为217位点发生磷酸化的tau蛋白。
在本研究中,国际研究团队检测了两组健康新生儿血液中的pTau217水平,并与青少年、18-25岁成人及70-77岁老年人进行对比。所有受试者均无认知障碍报告且测试未显示任何功能损伤。尽管青少年与成人的修饰tau蛋白水平无显著差异,但新生儿的pTau217水平高出其他年龄组五倍以上。
研究团队还检测了"极端早产儿"(妊娠不足28周出生)的血液样本,并对其进行了40周随访。多数早产儿血液中pTau217水平甚至高于足月婴儿,该蛋白浓度随早产儿成长逐渐降低,约出生后20周降至健康青年人水平。
为对比婴儿与阿尔茨海默病患者的差异,研究人员另设队列检测pTau217。该队列包含阿尔茨海默病痴呆患者、阿尔茨海默病型轻度认知障碍患者(有时为疾病前兆)以及无痴呆或认知衰退证据的对照组。所有诊断均经腰椎穿刺和认知测试确认。结果显示:轻度认知障碍或痴呆患者的pTau217水平虽高于健康成人,但仍不足健康新生儿水平的一半。
此外,团队发现新生儿血液中总tau蛋白(不仅限于修饰型pTau217)水平均升高。这与早期研究一致——胎儿大脑总tau蛋白在妊娠4-5个月达峰值,出生后第六个月下降约50%。
其他蛋白质检测提供了补充信息:健康新生儿血液中β-淀粉样蛋白水平低于年长受试者;而通常与脑损伤相关的神经丝轻链蛋白在新生儿中浓度高于青少年和成人,但低于老年人。新生儿该蛋白升高可能源于大脑发育过程及分娩时的颅骨压迫(尤其在阴道分娩中),导致该蛋白水平上升。
鉴于pTau217与阿尔茨海默病β-淀粉样蛋白病理的紧密关联,这些发现尤为引人注目。研究人员在克雅氏病、尼曼-匹克C型病和肌萎缩侧索硬化症(俗称渐冻症)等罕见神经系统疾病患者中也观察到pTau217升高。此外,tau基因的特定突变会提高pTau217水平。尽管这是首次在新生儿中发现阿尔茨海默病标志物pTau217升高,但早前研究已报告发育中大脑存在tau蛋白广泛磷酸化现象。值得注意的是,尽管胎儿或新生儿体内存在类似修饰的tau蛋白,但尚无证据表明其会形成与老年毒性结局相关的缠结。
除磷酸化等tau蛋白修饰外,该分子还存在多种亚型,其差异在于特定蛋白序列片段的有无。成人大脑通常有六种tau亚型,而胎儿具有独特的发育期亚型,可能支持重要发育过程。胎儿tau蛋白可能具有某种保护或抗损伤特性,使婴儿大脑避免形成导致老年毒性结局的缠结,但本研究未能完全证实此点——部分原因在于所用方法无法区分胎儿tau与其他亚型,需进一步研究探索。
tau蛋白过度磷酸化在其他情境下也可逆转。对土拨鼠等物种的研究显示,其冬眠期间大脑出现tau过度磷酸化,苏醒后该现象逆转;对冬眠黑熊的研究也发现类似变化。研究人员推测,此情境下的磷酸化可能具有保护作用,实质上限制了代谢应激期的细胞活动。
另一研究方向发现,小鼠麻醉可通过与低温部分相关的机制诱导tau磷酸化。这种脑部变化通常可逆,除非小鼠反复接受麻醉——后者本身可能增加人类阿尔茨海默病风险。
这项新研究凸显了理解阿尔茨海默病生物学的挑战:新生儿和出现健忘症状的60岁患者可能pTau217检测均呈阳性,但无人会认为婴儿患有阿尔茨海默病。然而关于是否应以这些蛋白标志物而非临床评估作为成人阿尔茨海默病定义核心,学界存在激烈争论。新发现虽未解决此争议,但提示持续研究tau蛋白及其逆转机制可能为阿尔茨海默病干预提供关键洞见。
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