《自然》子刊：首次！科學家證實阿爾茨海默氏病患者的神經元存在程序性壞死，阻斷可改善疾病癥狀｜科學大發現

1901年，德國的神經病理學家Alois Alzheimer醫生遇到了一個女性老年痴呆患者，她有嚴重的記憶障礙，辨別不清方向，還會不時的胡言亂語。在1906年，這名患者去世了，Alzheimer醫生對她進行了屍檢，發現她的腦組織體積縮小、重量減輕，腦皮質、海馬體萎縮。同時，腦皮質中的神經元大量死亡，而且有特殊物質的沉澱。

Alois Alzheimer醫生

1907年，Alzheimer醫生髮表了長篇論文描述了他的發現，直到1910年，具有這些表現的痴呆症終於被命名為「阿爾茨海默氏病（AD）」[1]。100多年過去了，沉澱在神經元中的特殊物質早已經被確定是Tau蛋白，但科學家們卻一直沒有找到患者們神經元死亡的確切原因。

不過，幾天前，亞利桑那州立大學Salvatore Oddo教授帶領的研究團隊在《自然神經科學》（《Nature Neuroscience》）雜誌上發表了研究，他們發現了一個神經元死亡的新途徑[2]！

Salvatore Oddo教授

這條途徑就是「程序性壞死（necroptosis）」通路，研究人員不僅發現它的激活與神經元的死亡有關，而且Tau蛋白的聚集也和它脫不了干細。在小鼠實驗中，研究人員通過抑制這條途徑成功改善了小鼠的空間記憶能力，讓小鼠在迷宮測試中表現的更加迅捷。

細胞的程序性壞死是2005年由著名學者袁鈞瑛教授發現的[3]。以前，科學家認為，細胞死亡分為凋亡和壞死兩種方式，凋亡是主動的、受到程序控制的，而壞死則是由物理和化學因素等「傷害」導致的，是被動的、不受程序控制的。但程序性壞死的發現打破了這個認知，它介於兩者之間，雖然是壞死樣死亡，但是卻受到一系列信號分子的調控而發生。

袁鈞瑛教授

過去的研究已經發現，程序性壞死在其他兩種神經退行性疾病，肌萎縮側索硬化（ALS）[4]和多發性硬化（MS）[5]中發揮著作用。這一次，終於輪到了AD。在研究中，研究人員首先對12個死亡的AD患者腦組織和11個非AD患者的腦組織進行了檢查，他們發現，三個與程序性壞死有關的關鍵蛋白——RIPK1、RIPK3和MLKL都存在於AD患者腦內，而且RIPK1和MLKL水平明顯比健康人要高得多。

值得注意的是，超過一半的MLKL存在於神經元中，還有1/3出現在小膠質細胞中，而MLKL蛋白水平的升高一直被認為是細胞膜損壞和細胞死亡的標誌[6]。為了鞏固他們的發現，研究人員擴大了樣本量，對97名AD和98名非AD死亡的患者進行了檢測，同樣發現了這些現象。

在接下來的研究中，研究人員發現，在程序性壞死啟動的過程中，RIPK1會與PIPK3結合，這一結合會進一步激活MLKL，這與過去已經證實的啟動過程是一致的[6]。

那麼在AD的種種癥狀中，還有哪些與程序性壞死有關呢？首先就是大腦的重量，研究人員發現，三個關鍵蛋白中RIPK1的量與AD患者大腦重量呈負相關，而非AD患者的大腦重量則不受影響。

大腦重量與RIPK1呈負相關

另外，利用免疫共沉澱的方法，研究人員證實了一半左右的RIPK1和MLKL都會參與Tau蛋白的病理變化，而它們與β-澱粉樣蛋白斑塊的形成卻沒有關係。

研究人員還評估了被檢測者們的Braak分級，Braak分級是德國的解剖學家Heiko Braak在1991年提出的，依據Tau蛋白組成的神經纖維纏結的數量和位置將其分為6個發展階段。從1期至6期，大腦中神經纖維纏結逐漸增多、擴散，患者的病症也越來越嚴重[7]。他們發現，對於AD患者來說，RIPK1和MLKL的水平與Braak分級呈正相關關係，也就是說，這兩個蛋白的水平越高，患者的癥狀就越嚴重。

除了Braak分級外，簡易精神狀態測驗（Mini-Mental State Examination，MMSE）的結果也顯示，RIPK1和MLKL的水平越高，患者的得分越低，認知能力越差。

在這些現象中，Oddo教授表示，他最疑惑的就是相比RIPK1和MLKL，RIPK3似乎「置身事外」，與疾病的發展毫無關係，而他也沒能發現這是為什麼[8]。

那麼程序性壞死的發生在體內是不是確實會引起神經元的壞死，導致AD的癥狀？而如果抑制它的發生又是不是能改善這些問題呢？為此，研究人員進行了小鼠實驗。它們準備了兩種有基因缺陷的AD模式小鼠：5xFAD和APP/PS1，5xFAD小鼠的三個程序性壞死標誌物水平有明顯增加，而APP/PS1小鼠則沒有。

研究人員將含有綠色熒光蛋白（GFP）標記的MLKL蛋白轉入一部分APP/PS1小鼠體內，發現小鼠的神經元逐漸死亡，剩餘一部分小鼠只轉入GFP，作為對照。3個月後，研究人員對這些小鼠和其他一些普通小鼠進行了Morris水迷宮測試。他們對小鼠進行了為期5天的「集訓」，每天訓練4次，讓它們記住迷宮中隱藏的平台的位置和找到平台的路徑。

在幾天的測試中，不出研究人員所料，普通小鼠的表現最好，而轉入了MLKL的APP/PS1小鼠表現最差，5天的訓練對於它們來說幾乎沒用，它們尋找隱藏平台需要的時間仍然和未訓練時差不了多少，當然走的彎路相比之下也更多。

a：5天訓練中，小鼠找到隱藏平台需要的時間；b：5天訓練中小鼠找到平台所游的距離

黑色實心圓：轉入了GFP的普通小鼠；黑色空心圓：轉入了MLKL的普通小鼠；灰色實心圓：轉入了GFP的APP/PS1小鼠；灰色空心圓：轉入了MLKL的APP/PS1小鼠

接下來，研究人員用10μM的程序性壞死抑製劑Nec1s處理了小鼠，發現與空白對照組相比，它真的減少了大腦皮層神經元的死亡！為了驗證抑製劑的「治療效果」，研究人員再次對小鼠進行了同樣的水迷宮測試，發現與之前相比，接受了治療的小鼠在尋找平台的時間和路線的記憶上都有了不小的提升。

這是人為地使小鼠大腦內MLKL水平增加後再進行治療的「療效」，那麼如果小鼠本就標誌物含量較高，自然發生程序性壞死，使用抑製劑也能使神經元死亡減少嗎？於是研究人員給5xFAD小鼠以10mg/kg體重的劑量進行了一次腹腔注射Nec1s，之後的21天里，還會每天在小鼠們的飲水中添加0.5mg/ml的Nec1s。

果然，在21天的「治療」後，與空白對照組相比，小鼠受損的神經元同樣減少了！研究人員認為，這兩個不同的AD小鼠實驗共同說明了程序性壞死導致了神經元的死亡，而抑製劑Nec1s的治療可以逆轉這一過程！

最後，研究人員還研究了與RIPK1基因相關的819個基因，其中大多數的表達都會受到RIPK1的影響，也包括已經被證實與AD發生有關的基因。他們提出，RIPK1可能是調控AD相關基因表達的一個重要因素。

這項研究為AD的治療開拓了新的思路，Oddo博士強調，程序性壞死通路和三個標誌物蛋白的發現都有不短的時間了，它們也是許多藥物的潛在靶點。儘管科學家們仍然對AD的致病原因有爭議，但是神經元死亡是一個大家都不會否認的現象，如果能抑制或是扭轉它的發生，那麼無疑會成為AD患者的新希望[9]。

參考資料：

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Alois_Alzheimer

[2] Caccamo A, Branca C, Piras I S, et al. Necroptosis activation in Alzheimer"s disease[J]. Nature Neuroscience, 2017.

[3] Degterev A，Huang Z，Boyce M，Li Y，Jagtap P，Mizushima N，Cuny GD，Mitchison TJ，Moskowitz MA，Yuan J. Chemical inhibitor of nonapoptotic cell death with therapeutic potential for ischemic brain injury. Nat Chem Biol 2005; 1：112-9.

[4] Ito Y, Ofengeim D, Najafov A, et al. RIPK1 mediates axonal degeneration by promoting inflammation and necroptosis in ALS[J]. Science, 2016, 353(6299): 603-608.

[5] Ofengeim D, Ito Y, Najafov A, et al. Activation of necroptosis in multiple sclerosis[J]. Cell reports, 2015, 10(11): 1836-1849.

[6] Linkermann, A. & Green, D.R. Necroptosis. N. Engl. J. Med. 370, 455–465 (2014).

[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Braak_staging#Alzheimer.27s_disease

[8] http://www.alzforum.org/news/research-news/necroptosis-rampant-alzheimers-brain

[9] https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170724133038.htm

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