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《自然》子刊:阿尔茨海默病的解答早已出现?老药布美他尼可以逆转AD相关神经元转录组特征和表现,与患AD风险最高降低75%有关

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阿尔茨海默病(AD),一个既熟悉又陌生的疾病,直到现在,研究人员们还在不断发现新的疾病机制,寻找有效的治疗方法。那么我们不禁要问,AD治疗的下一步在哪里?

近日,Nature Aging杂志刊登的一篇最新论文[1]或许一定程度上回答了这个问题。

来自Gladstone研究所的黄亚东研究员的团队发现,一种已经上市30多年的强力速效利尿剂——布美他尼在实验中成功逆转了小鼠和人类神经元中AD相关的转录组特征,以及AD相关表现,另外,通过对两个独立机构的电子病历的分析,他们发现,使用布美他尼与65岁以上的老年人AD患病率显著降低35%-75%有关!


能有这样的发现,还要说到2017年,因为开发AD新药是一个非常漫长的过程,也很昂贵,为了能更快地为患者提供有效的治疗,黄亚东研究员推动了Gladstone转化促进中心的成立,希望能为FDA已经批准上市的药物找到一些新的使用价值[2]。

AD患者在遗传、病理和临床表现方面都具有显著的异质性,想开发一种药物来囊括所有的患者是不太可能的,这也给新药的临床试验带来了很大的挑战。

黄研究员决定从基因入手,他的团队首先分析了目前唯一公开的人类颞叶转录组数据库,其中包含AD患者和非AD对照人群及他们的APOE基因型信息。APOE基因是AD的主要遗传风险因素,相比APOE3纯合子(APOE3/APOE3),APOE4杂合子(APOE3/APOE4)和APOE4纯合子(APOE4/APOE4)分别会导致AD风险增加3-4倍和12-14倍[3-5]。

根据APOE基因型和患者性别的不同,研究人员对数据库中的患者进行了分层,并且评估了他们差异化表达的基因。

在APOE3/APOE3、APOE3/APOE4和APOE4/APOE4基因型的患者中,相比匹配的对照组,分别有539、259和1079个差异化表达的基因,但其中只有108个(5.6%)在三组AD患者中“共享”。差异化表达的基因也分别对应了不同的信号通路,三组AD患者“共享”7条。这印证了AD患者遗传上的异质性。


AD患者APOE基因组特异性表达增加(e)和减少(f)的基因,以及差异化的信号通路(g)

接下来,他们参考了癌症药物再利用研究的思路,希望能找到可以将患者转录组特征“扭转”回到正常状态的药物。

基于计算出的不同药物的“扭转评分”,研究人员挑选了5种评分最高的作为备选,对它们的药理信息和潜在作用机制进行了搜索,最终,布美他尼脱颖而出。

接下来就是验证布美他尼效果的时间了!

研究人员选择了两种小鼠模型。第一种是APOE4-KI小鼠,这种小鼠通常在15个月左右(相当于60岁的人类)出现学习和记忆缺陷。经布美他尼治疗后,老年APOE4-KI小鼠大脑中表达水平异常的基因得到逆转,初步显示了布美他尼的潜力。

老年APOE4-KI小鼠海马CA区神经元表现出超兴奋性,这是已知的AD相关的神经元表型,经8周的布美他尼治疗后,这种病理学表现得以逆转。同样,神经元的可塑性也几乎得到了完全的恢复。


老年APOE4-KI小鼠海马CA区神经元的兴奋性(a)和可塑性(b)变化,APOE4/APOE4小鼠接受布美他尼治疗(蓝)后恢复到了和APOE3/APOE3小鼠相似的水平

这些变化体现在了小鼠认知缺陷的改善上。22个月大的雌性APOE4-KI小鼠接受治疗前,在Morris水迷宫里非常迷茫,寻找隐藏平台需要的时间始终长于APOE3-KI小鼠,表明它们的空间记忆能力受损,但接受治疗后,就可以达到和APOE3-KI小鼠相似的水平了。当然,研究人员排除了布美他尼是通过提高小鼠的游泳速度或改善学习能力来达到这种效果的可能性。

在小鼠海马区的几种主要神经元类型中,研究人员观察到了135条信号通路在至少一种中富集,这些神经元表现出了显著的转录组特征的“扭转”,这些信号通路中有28条与人类APOE4/APOE4 AD患者重叠。由APOE4介导的大脑的衰老转录组特征也在布美他尼治疗后得到了逆转。

研究人员选择的第二种小鼠模型是J20/E4-KI小鼠,这种小鼠携带与早发性家族性AD有关的APP突变,大约从6月龄开始就会产生明显的Aβ斑块。他们在小鼠10月龄时进行布美他尼治疗,持续12周。治疗同样恢复了J20/E4-KI小鼠正常的神经元兴奋性和可塑性,也显著减少了Aβ斑块。


J20/E4-KI小鼠对照组(d)和接受布美他尼治疗(e)后Aβ斑块免疫染色结果

除了小鼠模型,研究人员也在APOE4/APOE4表型的由人诱导性多能干细胞(iPSC)分化而来的人类神经元中进行了实验。经布美他尼处理的神经元的AD相关转录组特征顺利“扭转”。

如果布美他尼真的这么有效的话,作为一款已经上市30多年的老药,使用他的患者群体的AD发病率和其他人群一定是有一些差异的。为了验证这一点,研究人员分析了两个独立的大型电子健康记录数据库,一个来自加州大学旧金山分校,包含2012年-2019年就诊的130万名患者的信息,另一个来自西奈山卫生系统,涵盖了390万名患者。

两个数据库中各有1850名和1901名65岁以上使用布美他尼的人。由于布美他尼用于部分高血压患者的治疗,而高血压是AD的已知风险因素[6],因此,研究人员匹配了10个对照队列,每个队列的人数是使用布美他尼患者的2倍,使用基于年龄、种族、性别、高血压和水肿诊断的倾向性评分方法。根据计算,接受布美他尼治疗的人的AD患病率降低了35%-75%。

黄亚东研究员表示,由于两个电子健康记录数据库没有记录患者的APOE基因型并进行分层,因此,这一真实世界数据表明布美他尼可能能够更广泛地对抗AD,不局限于APOE4/APOE4的AD患者。

基于这些发现,他们正在计划与多个医疗中心合作,开展布美他尼治疗携带APOE4的AD患者的临床试验。但是研究人员表示,在临床试验证实其疗效前,医生不应为AD患者开具布美他尼。

参考资料:

[1] https://www.nature.com/articles/s43587-021-00122-7

[2] https://gladstone.org/news/can-already-approved-drug-treat-alzheimers-disease

[3] Huang Y, Mucke L. Alzheimer mechanisms and therapeutic strategies[J]. Cell, 2012, 148(6): 1204-1222.

[4] Liu C C, Kanekiyo T, Xu H, et al. Apolipoprotein E and Alzheimer disease: risk, mechanisms and therapy[J]. Nature Reviews Neurology, 2013, 9(2): 106-118.

[5] Corder E H, Saunders A M, Strittmatter W J, et al. Gene dose of apolipoprotein E type 4 allele and the risk of Alzheimer's disease in late onset families[J]. Science, 1993, 261(5123): 921-923.

[6] Lennon M J, Makkar S R, Crawford J D, et al. Midlife hypertension and Alzheimer’s disease: a systematic review and meta-analysis[J]. Journal of Alzheimer's Disease, 2019, 71(1): 307-316.


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