脑震荡和重复性头部创伤，曾经被认为是足球和拳击等激烈体育比赛中不可避免的不良后果，现在被公认为严重的健康威胁。特别是头部损伤与慢性创伤性脑病、阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病之间的联系引起了人们的担忧，促使体育管理机构调整防护装备和比赛规则，以最大限度地减少风险。
塔夫茨大学和牛津大学的研究人员最近揭示了创伤事件与疾病出现之间可能存在的机制，指出潜伏在大多数人大脑中的病毒可能因震动而被激活，导致炎症和累积损害，这些损害可能在未来数月或数年内逐渐显现。研究结果表明，抗病毒药物可以作为头部受伤后的早期预防治疗手段。该研究发表在《科学信号》杂志上。
人体微生物组包括数百种栖息在我们体内的细菌物种，帮助消化、免疫系统发育和抵御有害病原体。但微生物组还包括数十种在体内活跃的病毒。其中一些可能是有害的，但它们通常处于休眠状态。例如，超过80%的人携带单纯疱疹病毒1型（HSV-1），95%的人携带水痘-带状疱疹病毒，这些病毒已知会进入大脑并在神经元和胶质细胞中休眠。
塔夫茨大学生物医学工程系的研究员达娜·凯恩斯（Dana Cairns）在之前的研究中发现，HSV-1从休眠状态激活可触发实验室脑组织模型中阿尔茨海默病的标志性症状，如淀粉样斑块、神经元损失、炎症和神经网络功能减弱。在那项研究中，另一种病毒——水痘病毒——创造了激活HSV-1的炎症条件。凯恩斯想知道，如果对脑组织模型施加物理扰动，类似于脑震荡的情况，HSV-1是否会苏醒并启动神经退行性过程？
这一HSV-1与阿尔茨海默病的联系最早由牛津大学访问教授鲁思·伊扎基（Ruth Itzhaki）提出，她在30多年前就发现了这种病毒存在于老年人的大脑中。她随后的研究表明，病毒可以在大脑中由压力或免疫抑制等事件重新激活，最终导致神经元损伤。在当前的研究中，研究人员使用了一种重建大脑环境的实验室模型，以更好地了解脑震荡如何触发病毒再激活和神经退行性的最初阶段。
该脑组织模型由一个直径6毫米的环形海绵状材料构成，主要由丝蛋白和胶原蛋白组成，并注入神经干细胞，这些干细胞逐渐成熟为神经元，长出轴突和树突延伸，形成网络。胶质细胞也从干细胞中产生，模仿大脑环境并滋养神经元。神经元通过其延伸部分相互交流，就像在大脑中一样。它们还可以携带HSV-1病毒的休眠DNA。
凯恩斯将类似脑组织的结构放入圆柱体中，并在活塞顶部给予突然的撞击，模拟脑震荡。经过一段时间的显微镜观察，她发现感染HSV-1的细胞显示出病毒再激活的迹象，随后出现了阿尔茨海默病的标志性标志，包括淀粉样斑块、p-tau蛋白（一种在大脑中形成纤维状“缠结”的蛋白质）、炎症、死亡的神经元和称为胶质增生的胶质细胞增殖。对组织模型进行更多次的活塞撞击，模拟重复性头部损伤，导致相同的反应，甚至更为严重。与此同时，未感染HSV-1的细胞只表现出一些胶质增生，但没有其他阿尔茨海默病的标志物。
研究结果强烈表明，运动员遭受脑震荡可能会触发大脑中潜伏感染的再激活，进而导致阿尔茨海默病。流行病学研究表明，多次头部撞击可能会使几个月或几年后患神经退行性疾病的风险增加一倍甚至更多。
“这提出了一个问题，即抗病毒药物或抗炎药物是否可以在头部受伤后作为早期预防治疗，阻止HSV-1的再激活，从而降低患阿尔茨海默病的风险。”凯恩斯说。
这一问题不仅限于运动员。创伤性脑损伤是成年人残疾和死亡最常见的原因之一，每年全球约有6900万人受到影响，经济成本估计每年为4000亿美元。
“脑组织模型使我们在调查损伤、感染和阿尔茨海默病之间联系方面达到了新的水平。”塔夫茨大学斯特恩家族工程学教授大卫·卡普兰（David Kaplan）说，“我们可以重建类似于大脑内部的正常组织环境，追踪病毒、斑块、蛋白质、基因活动、炎症，并测量神经元之间的信号传递水平。关于环境和其他因素与阿尔茨海默病风险的流行病学证据很多，组织模型将帮助我们将这些信息放在机制基础上，并为测试新药提供起点。”
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