曾经被视为激烈竞技运动中不可避免的负面后果，如今已被认识到是严重的健康威胁。例如，在足球、拳击等运动中，脑震荡和反复的头部创伤增加了运动员患慢性创伤性脑病、阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的长期风险。塔夫茨大学和牛津大学的研究人员最近发现了将创伤事件与疾病出现联系起来的机制，指出潜伏在大多数人脑中的病毒可能因头部受到冲击而被激活，从而引发炎症和累积损害，这些损害可能在随后的几个月或几年内逐渐显现。
研究人员建议，可以在头部受伤后使用抗病毒药物作为早期预防性治疗。该研究成果发表在《科学信号》杂志上。
人体微生物组包括数百种细菌，它们有助于消化、免疫系统发育和抵御有害病原体。然而，微生物组还包括数十种在体内活跃的病毒，其中一些可能是潜在有害的，但通常处于休眠状态。单纯疱疹病毒1型（HSV-1），存在于超过80%的人群中，以及水痘-带状疱疹病毒，存在于95%的人群中，已知可以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助理达娜·凯尔恩斯（Dana Cairns）在之前的研究中发现，HSV-1从休眠状态激活会触发实验室脑组织模型中阿尔茨海默病的典型症状，如淀粉样斑块、神经元丢失、炎症和神经网络功能下降。凯尔恩斯表示：“在那个研究中，另一种病毒——水痘病毒——创造了激活HSV-1的炎症条件。我们想知道，如果我们对脑组织模型施加物理干扰，类似于脑震荡，HSV-1会不会被激活并开始神经退化的过程？”
HSV-1与阿尔茨海默病之间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多年前就在老年人的大脑中发现了这种病毒。她的后续研究表明，病毒可以在脑中从休眠状态重新激活，例如由压力或免疫抑制事件触发，最终导致神经元损伤。
在当前的研究中，研究人员使用了一个重建大脑环境的实验室模型，以更好地了解脑震荡如何引发病毒重新激活和神经退化的初始阶段。该脑组织模型由一个直径6毫米的环形海绵状材料制成，由丝蛋白和胶原蛋白组成，注入神经干细胞，然后诱导其成熟为神经元，长出轴突和树突延伸，并形成网络。胶质细胞也从干细胞中产生，以模拟大脑环境并支持神经元。
神经元通过其延伸部分进行通信，就像在大脑中一样。与大脑细胞一样，它们也可以携带HSV-1病毒的DNA。在将脑组织封闭在一个圆柱体内并用活塞给予突然冲击，模拟脑震荡后，凯尔恩斯在显微镜下观察了组织随时间的变化。一些组织模型含有HSV-1感染的神经元，另一些则是无病毒的。
在控制性撞击后，她观察到受感染的细胞显示出病毒再激活，并很快出现了阿尔茨海默病的标志性特征，包括淀粉样斑块、磷酸化tau蛋白（一种在脑中形成纤维状“缠结”的蛋白质）、炎症、死亡的神经元和胶质细胞增生（gliosis）。重复性头部损伤的模拟实验导致了更严重的相同反应。与此同时，不含HSV-1的细胞表现出一些胶质细胞增生，但没有其他阿尔茨海默病的标志物。
这些结果强烈表明，遭受脑震荡的运动员可能会触发潜伏在大脑中的病毒感染，从而导致阿尔茨海默病。流行病学研究表明，多次头部受伤可能导致数月或数年后患神经退行性疾病的风险加倍甚至更高。
凯尔恩斯表示：“这引发了是否可以在头部受伤后使用抗病毒药物或抗炎剂作为早期预防治疗的问题，以阻止HSV-1的激活，降低患阿尔茨海默病的风险。”
该问题不仅限于运动员。创伤性脑损伤是成年人致残和死亡的最常见原因之一，每年影响全球约6900万人，估计每年经济损失达4000亿美元。
塔夫茨大学斯特恩家族工程学教授大卫·卡普兰（David Kaplan）表示：“脑组织模型使我们在调查损伤、感染和阿尔茨海默病之间关系方面达到了新的水平。我们可以重现类似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。该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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