這麼多人熱捧 LED 治療阿茲海默病，但它真的會有效么？

很多在小鼠身上的成功的醫療技術都難以在人體試驗中取得成功，LED治療阿茲海默病能成為例外嗎？

來源 MIT News

翻譯閆亢

今年12月7日，蔡立慧（Li-Huei Tsai）教授在在線版《自然》雜誌（Nature）上作為第一作者發表了一篇論文。他們觀察到，使用特定頻率的LED閃光燈可以大幅度降低阿爾茨海默症小鼠視覺皮層中的β澱粉樣蛋白斑塊。

這種治療方法是通過誘導大腦內產生一種被稱為 γ 振蕩的腦電波作用的，研究人員們發現，γ 振蕩不僅可以幫助大腦抑制 β 澱粉樣蛋白的產生，還可以激活負責摧毀這些蛋白斑塊的細胞。

麻省理工學院科學學院院長 Michael Sipser 說：「這項研究可能預示著在理解與治療阿爾茨海默症上將取得了突破性進展。這種可怕的疾病正在全球折磨著幾百萬人與他們的家庭。我們麻省理工學院的科學家們為這項大腦疾病的研究開闢了全新的方向，為其中致病與預防的機制研究打開了新的大門。我認為這非常令人振奮。」

Ed Boyden 是麻省理工學院媒體實驗室（MIT Media Lab）與麥戈文腦研究所（the McGovernInstitute for Brain Research）生物工程及腦與認知副教授，也是這篇論文的作者之一。他與蔡立慧教授成立了一家叫做 Cognito Therapeutics 的公司將在人類患者中對該試驗方法進行測試。

腦電波刺激

在美國，超過五百萬的人患有阿爾茨海默症。這種疾病的特點是，患者腦部會產生β澱粉樣蛋白斑塊，從而可能導致腦細胞損傷，擾亂正常大腦功能。之前的研究顯示，阿爾茨海默症患者往往會伴隨γ振蕩受損的癥狀。γ振蕩是頻率範圍在25 Hz到80 Hz範圍內的腦波，它被認為有助於維持如注意力、認知和記憶功能等正常的大腦功能。

在蔡立慧教授與她的同事的研究中，使用了基因修飾後的阿爾茨海默症模型小鼠，它們沒有表現出任何蛋白斑塊的聚集與行為學癥狀。研究發現對這些小鼠進行迷宮實驗時，當出現需要記憶與學習的活動模式的時候，γ振蕩出現了損傷。

接著，研究人員用40 Hz 的 γ 振蕩頻率刺激海馬區，這是大腦中對記憶形成與恢復至關重要的部位。在初步研究中，他們使用了由 Boyden 等人首創的一種叫做光遺傳學（optogenetics）的技術，科學家們可以利用這種技術通過用光照射基因修飾後的神經元來控制他們的活動。研究人員使用這一方法刺激了大腦中的中間神經元，它會將γ振蕩的活動同步給興奮性神經元。

經過一小時的40 Hz 刺激後，研究人員發現海馬體上的β澱粉樣蛋白水平下降了40%到50%。但是使用20 Hz到80 Hz中的其它頻率刺激時，並沒有產生這樣的效果。

蔡立慧教授與她的同事開始思考是否可以使用更少介入的技術達到同一效果。她與 Emery Brown，這位 Edward Hood Taplin 醫學工程和計算神經科學教授，是 Picower 研究所的成員之一，也是這篇論文的作者一起想到可以使用外界刺激——光，來驅動腦部的 γ 振蕩。他們用一系列以不同頻率閃爍的 LED 燈搭建了一個簡易的設備。

利用該設備，研究人員們發現，在阿爾茨海默症發病極早期的小鼠接受了一小時40 Hz 強度的 LED 光照射後，它們腦部的 γ 振蕩增強，β澱粉樣蛋白的水平也降低了一半。但是，在照射結束後的24小時內，β澱粉樣蛋白又回到了原來的水平。

研究人員們接著又探究了是否可以通過更長時間的光照射減少小鼠體內更高水平的β澱粉樣蛋白聚集。在對小鼠進行了連續七天，每天一小時的LED光照射後，澱粉斑塊與自由浮動的澱粉樣蛋白都顯著性減少。目前他們正在試著確定這一現象究竟可以持續多長時間。

此外，研究人員們還發現 γ 節律的腦電波同時降低了阿爾茨海默症的另一項重要生物學指標的水平：異常修飾的 Tau 蛋白，這是一種會在腦內形成纏結的蛋白。

哈佛大學醫學院的神經學教授 Alvaro Pascual-Leone 沒有參與這項研究，他說：「這項研究是在精心設計和用心執行下完成的，它表明我們長久以來知道與認知功能相關的γ振蕩，在大腦中消除 β 澱粉樣蛋白沉積中起到了重要的作用。這非常的引人矚目與令人震驚，它使將這一方法應用在人類身上變得有希望了起來。」

蔡立慧教授的實驗室正在研究光照是否可以越過視覺皮層到達大腦並驅動其的γ振蕩，初步研究數據顯示這是可能的。同時，研究人員們還在研究β澱粉樣蛋白斑塊的減少是否會影響阿爾茨海默症小鼠的行為學癥狀，以及這項技術是否對其它與γ振蕩受損相關的神經系統疾病有作用。

兩種作用方式

研究人員們還試著通過實驗探究 γ 振蕩是如何發揮其作用的。他們發現，在被 γ 振蕩刺激後，β 澱粉樣蛋白的形成過程變慢。γ 振蕩還會增強大腦清除 β 澱粉樣蛋白的能力，這種能力通常是一種叫做小神經膠質細胞的免疫細胞所具有的。

蔡立慧教授解釋說：「小神經膠質細胞可以清除有毒物質和細胞碎片，保證細胞內環境整潔並保持神經元的健康。」

在阿爾茨海默症患者體內，小神經膠質細胞會非常容易發炎並且會分泌有毒的化學物質使更多的腦細胞損傷。但是，當小鼠的 γ 振蕩增強後，它們的小神經膠質細胞會發生形態學改變並且會更加積極清除 β 澱粉樣蛋白。

蔡立慧教授說：「本質上來說，增強大腦中的 γ 振蕩至少可以通過兩種方式減少澱粉樣蛋白。一種是減少神經元產生 β 澱粉樣蛋白，另一種是增強小神經膠質細胞清除澱粉樣蛋白的能力。」

研究人員們還檢測了光照實驗小鼠大腦中信使 RNA 的序列，他們發現，其中數百種基因都存在過表達或者低表達的現象，研究人員正在分析這些變異對阿爾茨海默症可能產生的影響。

不過，蔡立慧教授在接受採訪時也說：「這是一個很大的「如果」，因為太多已經證明在小鼠身上起作用的實驗都在人類身上失敗了。」對於這項讓人覺得有些驚訝的研究來說，未來還需要更多的試驗才能證實是否有效。

如果未來通過臨床試驗，這項研究將改寫的，可能是一項數以十億美元計算的醫學產業。

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