许多神经退行性疾病,或由脑细胞功能丧失或死亡引起的疾病,在很大程度上仍然无法治疗。大多数可用的治疗目标只是多个进程之一这可能会导致神经退行性变,这可能无法有效地完全解决疾病症状或进展(如果有的话)。
但如果研究人员利用大脑固有的能力来净化和治愈自己呢?
我的同事和我在卢肯斯实验室弗吉尼亚大学的研究人员认为,大脑自身的免疫系统可能是神经退行性疾病治疗的关键。
在我们的研究,我们发现了一种蛋白质,可以用来帮助大脑的免疫细胞或小胶质细胞抵御疾病。
治疗神经退行性疾病的挑战
神经退行性疾病尚无可用的治疗方法来阻止持续的神经退行性变,同时帮助身体受影响的区域愈合和恢复。
就失败的治疗而言,阿尔茨海默病可能是最臭名昭著的神经退行性疾病。影响超过九分之一的美国成年人 65 岁及以上,阿尔茨海默病是由于脑萎缩导致神经元死亡和神经元之间连接丧失而引起的。这些伤亡会导致记忆力和认知能力下降。
数十亿美元已被用于研究阿尔茨海默氏症的治疗方法,但是迄今为止几乎所有药物都经过测试失败了。
另一种需要改进治疗方案的常见神经退行性疾病是多发性硬化症。这种自身免疫性疾病是由免疫细胞攻击神经元的保护层(称为髓磷脂)引起的。髓磷脂降解会导致神经元之间的沟通困难及其与身体其他部位的连接。
目前的治疗方法抑制免疫系统,并可能产生潜在的使人衰弱的副作用。许多治疗方案无法解决神经系统中积聚的髓磷脂碎片的毒性作用,髓磷脂碎片可以杀死细胞。
治疗神经退行性疾病的新领域
小胶质细胞是免疫细胞伪装成脑细胞。在小鼠中,小胶质细胞起源于胚胎的卵黄囊,然后在发育早期渗入大脑。小胶质细胞的起源和迁移在人中仍在研究中。
小胶质细胞在健康的大脑功能中发挥着重要作用。与其他免疫细胞一样,小胶质细胞对病原体和损伤做出快速反应。它们有助于清除损伤和修复受影响的组织,并且还可以在对抗病原体方面发挥积极作用。
小胶质细胞还可以调节大脑炎症,这是免疫反应的正常部分,如果不加以控制,可能会导致肿胀和损伤。
小胶质细胞还支持其他脑细胞的健康。例如,他们可以释放促进弹性的分子,例如蛋白质 BDNF,已知它对神经元的存活和功能有益。
但小胶质细胞的主要特征是它们令人震惊的清洁技能。在所有脑细胞类型中,小胶质细胞具有清除大脑中的污垢的精湛能力,包括多发性硬化症中受损的髓磷脂、死亡细胞碎片和β淀粉样蛋白(一种阿尔茨海默病的标志性有毒蛋白质)。它们通过消耗和分解环境中的碎片来实现这一目标,有效地吃掉它们周围及其邻近细胞的垃圾。
鉴于小胶质细胞在维持大脑功能方面发挥着许多重要作用,这些细胞可能具有解决多种神经退行性变相关功能障碍的能力。
此外,作为大脑的终生居民,小胶质细胞已经接受过大脑保护最佳实践的教育。这些因素使小胶质细胞处于完美的位置,研究人员可以利用其固有的能力来预防神经退行性变。
新数据在动物模型和人类患者中,小胶质细胞在神经退行性疾病的发展中也发挥着先前未被充分认识的作用。许多疾病的遗传风险因素,例如阿尔茨海默氏症和多发性硬化症与小胶质细胞功能异常密切相关。
这些发现支持动物研究数量不断积累表明小胶质细胞功能的破坏可能导致神经系统疾病的发作和严重程度。
这就提出了下一个逻辑问题:研究人员如何利用小胶质细胞来保护神经系统免受神经变性?
发挥小胶质细胞的魔力
在我们实验室的最近的研究,我们重点关注了一种名为 SYK 的关键蛋白质,小胶质细胞利用该蛋白质来操纵其对神经退行性变的反应。
我们的合作者发现小胶质细胞拨打 SYK 的活动当它们在环境中遇到碎片时,例如阿尔茨海默病中的β淀粉样蛋白或多发性硬化症中的髓磷脂碎片。
当我们抑制小胶质细胞中的 SYK 功能时,我们发现阿尔茨海默氏症小鼠模型中积累的淀粉样蛋白是两倍,多发性硬化症小鼠模型中髓磷脂碎片的积累是六倍。
阻断阿尔茨海默病小鼠模型小胶质细胞中的 SYK 功能也会使神经元健康状况恶化,这表现为有毒神经元蛋白水平增加和垂死神经元数量激增。这与认知能力加速下降有关,因为小鼠无法学习空间记忆测试。
同样,在多发性硬化症小鼠模型中,损害 SYK 会加剧运动功能障碍并阻碍髓磷脂修复。这些发现表明小胶质细胞利用 SYK 来保护大脑免受神经退行性疾病的影响。
但SYK如何保护神经系统免受损伤和退化呢?
我们发现小胶质细胞利用 SYK 向大脑中的碎片迁移。它还通过刺激参与清理过程的其他蛋白质来帮助小胶质细胞清除和破坏这些碎片。这些工作支持了这样的观点,即 SYK 通过充电来清除有毒物质,从而帮助小胶质细胞保护大脑。
最后,我们想弄清楚是否可以利用 SYK 来创建“超级小胶质细胞”,以帮助在神经退行性疾病恶化之前清理碎片。
当我们给小鼠服用一种增强 SYK 功能的药物时,我们发现阿尔茨海默病小鼠模型在接受药物一周后,其大脑中的斑块积累水平较低。这一发现表明增加小胶质细胞活性有可能治疗阿尔茨海默病。
小胶质细胞治疗的前景
未来的研究有必要看看创建超级小胶质细胞清理小组来治疗神经退行性疾病是否对人类有益。
但我们的结果表明,小胶质细胞已经通过帮助清除神经系统中的有毒废物并促进受损区域的愈合,在预防神经退行性疾病方面发挥着关键作用。
不过,也有可能拥有太多好东西。过度炎症由小胶质细胞驱动可能会使神经系统疾病恶化。
我们相信,为小胶质细胞配备适当的指令,使其在不造成进一步损害的情况下发挥其有益功能,有一天可能有助于治疗和预防神经退行性疾病。