來源：Nature自然科研

2年前，免疫學家、醫療出版企業家Leslie Norins宣佈出資100萬美元，獎勵任何能夠證明阿爾茨海默病是由細菌導致的科學家。

幾十年來，失智症可能由感染引起的理論，一直在神經科學研究的邊緣徘徊。大部分阿爾茨海默病研究人員在掌握了大量證據的基礎上，都認爲該病的罪魁禍首是大腦中名爲澱粉樣蛋白（amyloid）的黏附分子，這些分子能聚集成斑塊，導致炎症，殺死神經元。

　　一些科學家認爲，單純皰疹病毒1（HSV1， 圖中顯示在上皮細胞表面）一類的微生物或能引起一部分阿爾茨海默病。來源：SPL

Norins想要獎勵那些能讓感染理論更有說服力的研究。澱粉樣蛋白假說已經成爲“世俗認知殿堂的一種廣爲接受和支持的信仰了”，Norins說，“而那些確實研究過微生物、發表過論文的少數先鋒者反而成了被嘲笑或無視的對象。“

這在很大程度上是因爲，感染理論的早期支持者認爲這種理論可以取代澱粉樣蛋白假說。不過，一些最新研究確實提供了兩種理論可以相容的有趣提示——感染可以通過誘導澱粉樣蛋白斑塊的產生，“種植”一部分阿爾茨海默病。

數據暗示了澱粉樣蛋白在神經元中的一個新作用——澱粉樣蛋白不僅只是個有毒的廢產物，本身可能還有一個重要功能：幫助保護大腦不受感染。只不過年齡或遺傳學因素會打破這個系統的平衡，把澱粉樣蛋白從防禦衛士變成搗蛋者。

這種觀點提出了尋找潛在療法的新路徑。爲了進一步驗證該理論，科學家正在開發能更好地模擬阿爾茨海默病的動物模型。“我們非常嚴肅地看待這種理論。”倫敦大學學院的英國失智症研究所所長、神經科學家Bart de Strooper說。

斑塊堵塞

澱粉樣蛋白假說認爲，阿爾茨海默病是因爲一種黏附、可溶蛋白——β-澱粉樣肽——在腦細胞空隙處堆積而導致的。這些肽從包埋在神經元膜內的另一種蛋白上切割下來。一旦能自由移動，它們就會聚集成更大的結構，如果無法被特殊的酶有效地清除，它們就會形成斑塊。這些斑塊會引發致命的級聯反應：誘發神經炎症，產生大量名爲tau纏結的黏性蛋白束。長時間面對這種損害，神經元便會死亡。

這種假說的批評者指出，許多沒有阿爾茨海默病的人，其死後的大腦中也有斑塊。他們還提到，爲溶解澱粉樣蛋白斑塊而開展的大量臨牀試驗都失敗了，那些療法無一能減慢疾病的進展。支持澱粉樣蛋白理論的研究人員反駁稱，雖然個體間的斑塊密度差異很大，但它們導致的tau纏結的密度卻與病情輕重緊密相關。而臨牀試驗之所以失敗，他們認爲可能是因爲這些治療開展得太遲了。

他們還有強有力的證據來支持他們的觀點。阿爾茨海默病有一些罕見、侵襲性的形式會早發病——30-60歲之間——而且有家族史；這些病症是大腦中調控澱粉樣蛋白產生過程和炎症的基因發生突變而引起的。大量的其他基因與更常見的晚發性阿爾茨海默病的風險有關。多個基因都編碼包含澱粉樣蛋白級聯反應元素的蛋白，一些基因參與了固有免疫系統——固有免疫機制會迅速激活，預防病原體在體內擴散，但也會導致炎症。

感染病原體

有些研究人員希望能驗證感染理論，他們已經在數千名阿爾茨海默病患者死後的大腦中搜尋過微生物，並在許多大腦中都找到了。“但這些研究只能證明相關性，對這些相關性的解釋可能並不涉及任何機制。”de Strooper說。

英國曼徹斯特大學的生物物理學家Ruth Itzhaki在上世紀90年代報告了在阿爾茨海默病患者死後大腦內發現了單純皰疹病毒1（HSV1），她對這些批評聲感到憤怒。她相信微生物之所以在大腦中存在，一定是因爲它們在那裏發揮了作用；她和另外一些人認爲，他們有很好的證據能證明病毒是導致阿爾茨海默病的一個關鍵。“我們大多數人都承認澱粉樣蛋白是阿爾茨海默病的一個非常重要的特徵——但它並不是原因。”她說。

阿爾茨海默病患者的腦組織樣本有時會攜帶微生物。來源：Patrice Latron/Look at Sciences/SPL

研究人員提出了多個會導致阿爾茨海默病的微生物，包括三種人皰疹病毒和三種細菌：導致肺部感染的肺炎衣原體、萊姆病的病原體伯氏疏螺旋體，以及最新發現的導致牙齦炎的牙齦卟啉單胞菌。理論上，任何能侵入大腦的傳染性病原體都有這種誘導發病的能力（不過，目前尚無有力證據證明導致新冠肺炎的新冠病毒具有這種能力。）

該領域的大部分團隊都有一種偏愛的微生物，2018年的兩篇論文研究了皰疹病毒的這種作用，吸引了廣泛關注。其一來自紐約市西奈山伊坎醫學院的Joel Dudley團隊，論文分析了來自不同數據庫的近1000個死後大腦的基因、蛋白、組織結構的海量數據。他們在腦組織中尋找顯示病毒跡象的特徵——皰疹病毒特異性基因或蛋白片段。最後發現，阿爾茨海默病患者腦內的人皰疹病毒6A（HHV-6A）和人皰疹病毒7的水平比對照組要高。

但其他研究人員在重複Dudley的研究結果時失敗了，其中包括美國國立神經疾病與卒中研究院的病毒學家Steven Jacobson的團隊，他們也分析了1000多個死後大腦的樣本。

雖然Dudley團隊研究的大腦數量驚人，但結果只是相關性的。此外，數據來源也引人擔憂，德國神經退行性疾病中心的Michael Heneka說。阿爾茨海默病患者的大腦在死前就狀況很糟了，組織在屍體解剖前還會進一步裂解；微生物能在死前幾天或死後毫不費力地進入其中。“我們不能單憑死後樣本就對有三十年左右軌跡的疾病做出太多假設。”

Dudley的論文發表前，臺灣有一項長達十年的研究剛剛結束，這項研究追蹤了8000多名被診斷感染了單純皰疹病毒的患者，並將他們與25000名未感染該病毒的對照組進行對比。有皰疹病毒的羣體發展出阿爾茨海默病的風險比對照組高2.5倍，但是上升的風險在接受積極藥物治療的人羣中幾乎消失了。

甚至是在該理論重回人們視線之前，感染可能以某種方式誘導阿爾茨海默病的理論，就給了研究人員足夠的理由來開展臨牀試驗。2017年，紐約市哥倫比亞大學的一支團隊開始測試抗病毒藥物伐昔洛韋（valacyclovir）能否減慢單純皰疹病毒抗體檢測呈陽性的阿爾茨海默病輕症患者的認識功能衰退，減緩澱粉樣蛋白斑塊的形成。該試驗預計在2022年出結果。

舉證責任

如果在人類研究中只能發現相關性，研究人員通常會繼續開展動物實驗來尋找因果關係。可是，阿爾茨海默病動物模型並不完美；比如小鼠就不會隨年齡增長產生標誌性的斑塊，除非通過基因工程改造它們。應用廣泛的5xFAD轉基因小鼠能表達五個相關的基因突變，這些基因編碼澱粉樣蛋白前體或是能將其切割成β-澱粉樣蛋白的一種酶。這些小鼠能高表達這些基因，而且會在兩個月大時就開始形成斑塊。

美國麻省總醫院的神經遺傳學家Rudolph Tanzi和同事利用5xFAD小鼠模型研究了2008年某個週五下午出現的大膽想法。那天正好是系裏傳統的“啤酒時間”，也被員工和學生稱爲“調整心態時間”。

Tanzi當時一直在一些新的人類基因組數據中尋找阿爾茨海默病的風險基因，他在看到CD33的基因時感到大爲不解——已知CD33蛋白在固有免疫系統中大量表達。他跑到隔壁房間，詢問他的朋友和同事Rob Moir對於固有免疫系統可能會產生一個阿爾茨海默病基因的奇怪想法怎麼看。

Moir是一名神經科學家，當時正在查閱各種生命科學文獻，瞭解最新研究動向，正好看到了一篇關於抗菌肽的論文；抗菌肽被發現存在於許多固有免疫通路中。“兄弟快看。”他對Tanzi說。他的電腦上顯示着一張描述這種肽的表格，它們的長度都和β-澱粉樣蛋白差不多，有些性質也很相似。“你認爲β-澱粉樣蛋白會是一種抗菌肽嗎？”他問道。Tanzi毫不猶豫地說：“我們來測一下吧！”

Moir一發便不可收。“他就像咬住了拖鞋的狗狗，完全不肯放。”Tanzi回憶道。

那時，還沒有人細想過β-澱粉樣蛋白是否本身就有特異性的作用，雖然事實上它在不同物種中都是高度保守的——這也是具有生物學價值的強烈信號。這個序列至少已有4億年的歷史了，並存在於大概三分之二的脊椎動物中。可能它並不是一個破壞分子那麼簡單，他們推測，可能它還有好的一面，能捕獲進入大腦的微生物，阻止它們誘發疾病。隨着大腦衰老，高效清除這種澱粉樣蛋白的能力逐漸喪失，這個系統可能就出現問題。

Tanzi的專業是微生物學，他請研究生Stephanie Soscia快速測試一下β-澱粉樣蛋白能否在試管中殺死八種常見的致病微生物，包括肺炎鏈球菌和大腸桿菌。她發現它確實可以，效率至少和已知的抗菌肽一樣。

他們趕在2010年發表了研究結果，接下來的幾年裏，Moir主持了一系列更完整的實驗來研究他們現在稱之爲抗菌保護假說的理論。他們將鼠傷寒沙門氏菌直接注射到會形成斑塊的5xFAD小鼠的大腦中，發現小鼠的存活時間超過了非轉基因、缺少斑塊的小鼠。他們利用病原菌白色念珠菌，在線蟲中也發現了類似的結果。在這兩類實驗中，澱粉樣蛋白形成的黏附網能吞噬並拆解病原體（見“微生物如何種植斑塊”）。

隨後，團隊將焦點轉移到了皰疹病毒上，皰疹病毒已經成了與阿爾茨海默病關聯最密切的人類病原體。團隊將HSV1注射到年輕的5xFAD小鼠的大腦和普通小鼠的大腦中。還不到三週，轉基因小鼠的大腦便散佈了澱粉樣蛋白斑塊。當團隊使用致命劑量的HSV1重複這一實驗時，轉基因小鼠的壽命超過了對照組——斑塊居然在兩天裏就出現了。“那太不可思議了。”Tanzi說。

HSV1非常普遍，以至於全球一半以上的人都是攜帶者。不過，Moir還想測試HHV-6的作用，HHV-6存在於最多10%的健康大腦中，但通常水平較低，作用也不明確。因爲小鼠能抵抗HHV-6感染，所以Moir的團隊選擇在模擬阿爾茨海默病某些特徵的3D人源神經細胞培養物中探索HHV-6的作用。一般來說，這種迷你大腦類器官會在培養六週後開始聚集澱粉樣蛋白斑塊和tau纏結。但是，和研究人員在小鼠中觀察到的一樣，在他們加入病毒的兩天後，斑塊便開始出現了。

之後，Moir和Tanzi又研究了皰疹病毒對類器官形成tau纏結的影響，以及纏結能否阻斷病毒向神經元的擴散。Moir生了一次病後，不久便於2019年12月去世了，但Tanzi說他的團隊仍在這個方向上繼續探索。

他說到目前爲止，他的概念驗證實驗得到的結論是：“如果你能產生β-澱粉樣蛋白，你對抗感染的能力也更強。”但他承認，要獲得實際上的證據——觀察到感染誘導澱粉樣蛋白級聯反應並導致疾病——仍然遙遙無期。“我們還沒看到確鑿的證據。”他說沒有人知道β-澱粉樣蛋白的抗菌性是否真的是人體正常生理過程的一部分，或是它們在大腦的整體防禦機制中有多重要。感染可能是阿爾茨海默病的一個導火索，就和罕見的基因突變一樣。

Tanzi的實驗室意識到誘導發病的導火索在患者死亡時可能早已消失了，現在正在研發能分離和分析單個斑塊的技術，看看是否有微生物的痕跡被捕獲在斑塊中。它有點像考古挖掘工作，他說。

支持性研究 

雖然Tanzi的工作還沒有被獨立重複出來，但已經有其他實驗爲抗菌保護假說提供了一些間接支持。例如，加州生物技術公司Genentech的科學家表明，在多種免疫細胞中表達的PILRA基因的一個突變與阿爾茨海默病風險降低有關。這種基因會產生一種蛋白，幫助皰疹病毒和其他病毒進入神經元，而研究人員認爲這種突變或許能阻止它們的進入。

最有意思的當屬紐約紀念斯隆-凱特琳癌症中心的化學生物學家Yue-Ming Li的實驗室在2020年發表的一篇論文，論文提出了一種或能將神經炎症與β-澱粉樣蛋白的形成關聯起來的機制。Li的團隊發現，一種名爲“IFITM3”的蛋白在病毒進入大腦時會被激活。這種蛋白會與形成澱粉樣蛋白的γ-分泌酶結合，增加澱粉樣蛋白的產量。

Li和他的團隊研究了來自腦銀行的樣本，發現IFITM3基因的表達會隨年齡增加。它在阿爾茨海默病患者腦中的表達水平也比對照組高。不僅如此，在對培養的腦細胞開展的實驗中，他們還發現了一種炎症增強分子——一種名爲干擾素的細胞因子，它能增加IFITM3和β-澱粉樣蛋白的水平（在人源腦樣本中也是如此，他們發現的IFITM3越多，干擾素也越多）。他們認爲，這一切表明，這種蛋白可以作爲炎症和澱粉樣蛋白製造過程的中間物。

目前，Li正在研究IFITM3是否能成爲一種生物標誌物，幫助判斷哪些患者可以被納入靶向γ-分泌酶的抗炎療法或藥物的臨牀試驗中。他還在研究這種蛋白是否能成爲藥物開發的有用靶點。

研究結果代表了“向前的一大步”，de Strooper說，因爲他們揭示了表徵許多複雜疾病的級聯反應類型，包括癌症。這個過程“或是被導致家族性阿爾茨海默病的突變誘發，這些突變會產生更多能導致炎症的澱粉樣蛋白；或是被能導致炎症的感染誘發，炎症會引起澱粉樣蛋白肽的過度產生”，他說。 

如果確實如此，他說，這將對阿爾茨海默病的治療產生巨大影響，因爲阻斷β-澱粉樣蛋白產生或許意味着感染對大腦的威脅會突然增加。“但這一切都是推測，具體得看β-澱粉樣蛋白在大腦的整體防線中處於怎樣重要的位置。”

一些研究人員對於感染在阿爾茨海默病中起主要作用的觀點依然持懷疑態度。倫敦大學學院的神經科學家John Hardy和de Strooper等人因在阿爾茨海默病上的工作，共同被授予2018年大腦獎（Brain Prize）。Hardy說，他願意“賭5英鎊而不是500英鎊”，來看看抗菌保護理論是不是對的。“但我不覺得這是可以證明的，我不認爲阿爾茨海默病在遺傳學之外還有需要解釋的地方。”他說。英國愛丁堡大學的神經科學家Tara Spires-Jones表示，雖然迄今爲止的數據不排除感染通過引起炎症“種植”一部分阿爾茨海默病的可能性，但正常的衰老過程也可能是一種解釋。她指出，衰老是誘發阿爾茨海默病的最大風險因素。“依我個人的觀點，伴隨衰老出現的大腦一般炎症更像是背後的原因。”

不過，有些科學家認爲如果有合適的模型，感染理論也是可以證明的，但要證明多大比例的阿爾茨海默病病例是由微生物引起的，可能有點困難。新的可能性讓Jacobson感到激動，他希望能開發一種絨猴模型，檢驗感染理論，因爲這種小型靈長目能比其他模型更精確地模擬人類阿爾茨海默病的病理。Tanzi計劃使用一隻澱粉樣蛋白基因被換成了人類澱粉樣蛋白基因的小鼠，使其表達正常生理水平的人β-澱粉樣蛋白。另一個關鍵步驟是讓獨立實驗室來重複已有的研究結果。

Norins發起的獎勵已經收到了40位申請人提交的研究，他們都希望能在明年3月公佈結果時領取現金大獎。Norins清楚這項挑戰的艱鉅性。他說，證明某種細菌能導致阿爾茨海默病將是“最硬的證據”。