The illustration depicts microglia—the brain's immune cells—shown in light blue and purple, as they engage with red-colored amyloid plaques, protein accumulations associated with Alzheimer's disease. This visualization demonstrates how microglia serve as the brain's maintenance crew, monitoring neural health and removing cellular waste by Jason Drees/Arizona State University

肠道病毒与阿兹海默症:脑肠关系新发现

Self portrait by Dr. Ben Readhead, Medical Research, Arizona State University, USA
Self portrait, Image credit: Dr. Ben Readhead

肠道病毒与阿兹海默症:脑肠关系新发现

近期《阿尔茨海默症与痴呆》杂志发表的一项研究揭示了一个重要发现:人巨细胞病毒(HCMV)可能与近半数的阿尔茨海默病例密切相关。美国亚利桑那州立大学Readhead博士领衔的研究团队发现,这种病毒虽然通常在人体内保持休眠,但会在特定条件下于肠道中被激活,随后可能迁移至大脑,干扰免疫功能,最终导致阿尔茨海默病的发展。

研究主导者Readhead博士强调:”我们发现了一种由HCMV引发的阿尔茨海默病新类型, 不仅凸显了肠道与大脑之间的密切联系,更为这种严重疾病的诊断和治疗开启了新的可能性。”

研究成果揭示了多个关键问题,包括病毒的感染规律、经由迷走神经传播的具体机制,以及相关发现对未来治疗方案和研究方向的影响。专家们认为,此项突破或将为阿尔茨海默症研究领域开辟新天地。

The illustration depicts microglia—the brain's immune cells—shown in light blue and purple, as they engage with red-colored amyloid plaques, protein accumulations associated with Alzheimer's disease. This visualization demonstrates how microglia serve as the brain's maintenance crew, monitoring neural health and removing cellular waste by Jason Drees/Arizona State University
The illustration depicts microglia—the brain's immune cells—shown in light blue and purple, as they engage with red-colored amyloid plaques, protein accumulations associated with Alzheimer's disease. This visualization demonstrates how microglia serve as the brain's maintenance crew, monitoring neural health and removing cellular waste. Image credit: Jason Drees/Arizona State University

问:请介绍HCMV病毒的特点、传播情况及其对不同人群的影响?
答:HCMV(人巨细胞病毒)属于疱疹病毒家族,是一种全球广泛存在的病毒。大多数人在儿童时期就通过体液接触而感染。对于免疫功能正常的健康人群,感染后通常只会出现轻微症状或完全无症状,随后病毒会进入休眠状态。但对于免疫功能减弱的特殊群体,如器官移植患者、婴幼儿和老年人,一旦病毒被重新激活,可能会引发严重并发症,影响眼睛、肝脏,少数情况下甚至会影响大脑。最新研究发现,这种病毒因其独特的特性而备受关注:它不仅能在人体内长期潜伏,还可能在某些情况下被重新激活,引发慢性炎症反应,影响包括大脑在内的多个器官的免疫功能,这可能与阿尔茨海默病的发展有关。

问:研究团队是如何发现人巨细胞病毒(HCMV)与阿尔茨海默病的关联?
答:研究发现经历了以下几个关键步骤:

首先,研究团队在四分之一到近半数的阿尔茨海默病患者大脑中发现了一种特殊的免疫细胞——CD83阳性小胶质细胞,暗示可能存在一种新的疾病亚型。

随后,通过检测患者肠道组织,发现其IgG4抗体水平异常升高,表明可能有病毒或微生物参与其中。

最后,研究人员对脑脊液样本进行深入分析,在携带CD83阳性小胶质细胞的患者中检测到明显的HCMV病毒信号。研究进一步证实,患者的肠道和大脑组织中均存在HCMV,由此建立了完整的证据链,揭示慢性肠道HCMV感染在特定类型的阿尔茨海默病发病过程中扮演着重要角色。

问:多种感染或病原体,比如HCMV,是否可能在阿尔茨海默病中协同作用或产生叠加效应?
答:我们认为多种病原体有时可能会协同引发更严重的炎症或免疫失调。不过,HCMV之所以引人注目,是因为它与CD83阳性小胶质细胞及IgG4抗体之间存在独特关联。IgG4是一种低炎症性抗体亚型,仅占总抗体的约5%;它不会像其他抗体那样强力清除病原体,而是在较少引发炎症的情况下结合抗原。

这种独特的抗炎应答可能意味着:

     *这是机体为减轻额外组织损伤所作的自我保护机制,或
     *病毒为了逃避免疫监测而触发的一种适应性策略。

无论是哪种情况,HCMV与IgG4的关系,似乎与其他病毒(如 HSV-1)截然不同。

问:研究中发现HCMV病毒是如何从肠道传播到大脑?这一传播机制有哪些特点?
答:研究团队发现了人巨细胞病毒(HCMV)从胃肠道到达大脑的多种可能途径。首要途径是通过迷走神经——这条连接胃肠道和脑干的神经通路可能成为病毒的”传播通道”。研究在部分患者的肠道和大脑组织中都检测到了HCMV的存在,支持了这一发现。另外,病毒还可能通过感染血液中的免疫细胞(如单核细胞和巨噬细胞)来传播,这些被感染的细胞有能力穿越血脑屏障。值得注意的是,HCMV具有独特的潜伏和再激活特性:病毒能在人体内长期潜伏,当免疫系统受到压力或功能失调时,可能被重新激活。研究团队正在通过动物模型来精确追踪病毒的传播路径,包括被感染的免疫细胞传播和通过颅神经传播的可能性。

问:人巨细胞病毒(HCMV)进入大脑后,通过什么机制参与阿尔茨海默病的发展?
答:研究表明,HCMV在大脑中的作用机制主要体现在两个方面。首先,病毒不仅能感染神经元,还能感染小胶质细胞和其他胶质细胞。通过”迷你大脑”类器官实验证实,HCMV感染会大幅增加两种与阿尔茨海默病密切相关的蛋白质的产生:淀粉样蛋白β和磷酸化Tau蛋白。这一过程可能加速大脑中斑块和神经纤维缠结的形成,从而加重神经损伤。其次,被HCMV感染的小胶质细胞会表达CD83蛋白,与患者大脑中观察到的现象高度一致。这一发现进一步证实了病毒在大脑局部免疫环境中发挥着直接作用,可能加速神经退行性病变的进程。

问:这种由人巨细胞病毒(HCMV)引发的阿尔茨海默病亚型有什么独特特征?如何识别?
答:研究团队通过系统分析发现了这类患者的独特之处。他们首先排除了APOE基因型、年龄和性别等传统风险因素的影响,因为这些因素在患者群体中并无明显差异。关键突破来自患者肠道中异常升高的IgG4抗体水平,进一步研究确认这些抗体专门针对HCMV。基于这一发现,研究人员正在开发以IgG4抗体为标志物的血液检测方法,用于临床识别这类患者。值得注意的是,慢性肠道HCMV感染仅在部分人群中被发现,表明某些特定的免疫特征或基因背景可能使他们更易出现肠道病毒再激活。研究认为,持续性的肠道感染以及病毒迁移至大脑的特性,构成了HCMV相关阿尔茨海默病亚型的典型特征。

CD83(+) microglia. (A–B) HCMV and (B) IgG4 immunoreactivity in the vagus nerve of AD subjects with and without CD83(+) microglia. Representative photomicrographs shown. AD, Alzheimer's disease; HCMV, human cytomegalovirus; IgG4, immunoglobulin G4 by Dr. Ben Readhead, Medical Research, Arizona State University, USA
IgG4 and HCMV presence in the vagus nerve of AD subjects with CD83(+) microglia. (A–B) HCMV and (B) IgG4 immunoreactivity in the vagus nerve of AD subjects with and without CD83(+) microglia. Representative photomicrographs shown. AD, Alzheimer's disease; HCMV, human cytomegalovirus; IgG4, immunoglobulin G4., Image credit: Dr. Ben Readhead

问:目前正在研发的HCMV慢性感染血液检测方法有何特点?
答:研究团队目前正在开发一种专门检测血液中IgG4抗体的检测方法。研究数据显示,该抗体与肠道中的HCMV感染以及大脑中CD83阳性小胶质细胞的存在有密切关联。团队设定了80%的最低准确率目标,旨在准确识别那些可能从抗病毒治疗或其他针对性治疗中受益的患者。

初步研究结果令人鼓舞,但还需要进一步验证。一旦检测方法得到充分证实,将成为临床试验中的重要工具,有助于筛选合适的患者参与抗病毒治疗研究,探索这类治疗是否能有效延缓或阻止病情发展。

问:发现HCMV相关的阿尔茨海默病新亚型,会为治疗方案带来哪些改变?
答:研究发现为治疗方案开辟了新思路。虽然这类患者仍表现出阿尔茨海默病的典型特征,如淀粉样蛋白和Tau蛋白相关的病理改变,但病毒因素的参与提示可能需要补充或替代性治疗手段,例如使用抗病毒药物或免疫调节剂。下一步需要通过临床试验验证,在现有抗淀粉样蛋白治疗的基础上增加抑制HCMV的治疗方案,是否能取得更好的治疗效果。

问:这项研究如何改变了我们对阿尔茨海默病的认识?特别是在疾病与感染方面?
答:此项研究突显了肠-脑轴在神经退行性疾病中的关键作用。研究表明,慢性肠道感染的影响并不局限于肠道,还能通过改变免疫系统的动态平衡影响大脑健康。值得注意的是,并非所有携带HCMV的人都会发展出这种阿尔茨海默病亚型,说明个体的宿主因素和免疫耐受能力在疾病发展中起着重要作用。

研究提出的”常见病原体与易感宿主”模型为研究其他微生物与神经退行性疾病的关系提供了新思路。同时也凸显了免疫系统在抵抗病原体的同时避免过度免疫反应这一微妙平衡的重要性。

问:这些研究发现将如何引领未来的阿尔茨海默病研究方向?
答:目前的首要任务是验证研究结果。研究团队希望其他科研机构能在更大范围的人群中证实CD83阳性小胶质细胞、HCMV感染以及IgG4水平升高之间的关联性。虽然在亚利桑那和芝加哥的研究队列中已获得相似结果,但仍需要在更广泛的人群和地域中进行验证。

在临床应用方面,研究团队计划对HCMV慢性感染阳性的阿尔茨海默病患者开展抗病毒或抗微生物治疗试验。未来有望通过精准医疗手段,根据每位患者的具体病理机制,制定个性化治疗方案。

问:跨机构合作对这项研究的推进起到了什么作用?
答:这项突破性研究得益于多家研究机构的通力合作,各机构发挥专长,共同推进研究进展:

班纳阿尔茨海默病研究所(Banner Sun Health Research Institute)及其脑与身体捐献计划为研究提供了珍贵的配对脑组织和身体组织样本,使研究团队能够在同一捐献者体内追踪HCMV从肠道到大脑的传播轨迹。

亚利桑那州立大学承担了组织样本和免疫学分析的主要工作,由马斯特罗尼博士领导组织学研究。

马萨诸塞大学医学院通过脑类器官模型实验,证实了HCMV会促进淀粉样蛋白β和Tau蛋白的产生。

纽约西奈山伊坎医学院专注于小胶质细胞感染研究,成功在实验室环境中复现了脑组织中观察到的细胞变化。

加州Serimmune公司负责抗体分析,确认了HCMV的关键作用。

TGEN提供的单核RNA测序数据帮助确认了CD83阳性小胶质细胞,而RUSH阿尔茨海默病中心则提供ROSMAP队列的脑组织样本,验证了CD83阳性小胶质细胞与HCMV的关联。

正是这种优势互补的跨机构合作,才使研究团队成功揭示了从肠道感染到大脑病变的完整疾病发展过程。

问:班纳阿尔茨海默病研究所的生物样本库在这项研究中发挥了什么作用?
答:班纳阿尔茨海默病研究所的脑体捐献项目在研究中起到了关键作用。该机构的独特之处在于不仅保存捐献者的大脑组织,还同时保存了其他身体组织。这种全面的组织保存使研究团队能够完整追踪HCMV的传播路径:从肠道、脑脊液、迷走神经,直至大脑,首次系统地揭示了一种肠道病毒如何引发神经退行性疾病。

虽然维护如此全面的多组织样本库需要投入大量资源,但其科研价值无可替代。正是这些珍贵的配对样本,帮助研究人员成功建立了特殊免疫特征、HCMV感染与阿尔茨海默病之间的关联,为阐明疾病机制提供了关键证据。

问:下一步的研究计划是什么?
答:研究团队目前的首要任务是验证工作,特别是对血液检测生物标志物的验证。我们需要在更大规模的患者群体中确认这一检测方法能否稳定识别出HCMV驱动的阿尔茨海默病亚型。一旦验证成功,就可以开展临床试验,评估抗病毒治疗或免疫调节等干预手段是否能有效控制这类患者的病情发展。

问:为了深化这一研究发现,其他研究团队应该重点关注哪些问题?
答:首要任务是验证研究结果:需要在不同研究队列中确认HCMV与阿尔茨海默病的这种关联性是否普遍存在,同时探索是否还有其他相关的病毒株或免疫标志物值得研究。

另一个关键问题是明确为何只有部分人群会发展为慢性HCMV肠道感染。可能的影响因素包括个体基因差异、免疫耐受水平或合并感染等。随着研究数据的积累,我们将能更全面地了解这种病毒相关性在整个阿尔茨海默病患者群体中的重要程度。

问:普通大众应该如何看待人巨细胞病毒(HCMV)感染与阿尔茨海默病的关系?
答:重要的是要认识到,HCMV是一种常见病毒,绝大多数人感染后并不会出现任何问题。研究发现,真正可能与阿尔茨海默病相关的是少数人群中出现的慢性肠道HCMV感染。这种情况可能与个体的免疫特征或遗传背景有关,为病毒进入大脑并引发阿尔茨海默病相关的病理改变创造了条件。

目前这项研究仍处于初期阶段,应该将其视为一系列值得进一步探索的科学发现。尽管研究团队正积极探索这些发现对临床治疗的潜在意义,但在获得更多研究验证之前,这些发现还不能用来指导临床诊疗决策。

问:这项研究成果会给阿尔茨海默病的公共卫生防治带来什么影响?
答:如果后续研究证实针对HCMV的治疗能够有效预防或减缓高危人群的阿尔茨海默病发展,未来可能会将病毒筛查和抗病毒治疗纳入预防措施。虽然目前这还不是标准治疗方案,但研究发现感染和免疫状态在某些类型的阿尔茨海默病中起关键作用,为疾病的全面干预和预防提供了新思路。

这项研究是精准医疗发展的重要组成部分,它帮助我们认识到阿尔茨海默病并非单一疾病。通过识别不同亚型,如这种与HCMV相关的变异型,有望实现更有针对性的个性化治疗,最终提高治疗效果。

结论
亚利桑那州立大学Readhead博士团队于2024年12月在《阿尔茨海默症与痴呆》杂志发表的开创性研究为阿尔茨海默病治疗开辟了新途径。研究显示,慢性肠道感染可能在相当一部分患者的病程发展中发挥重要作用。虽然研究结果仍需在更大人群中验证,且开发有效的抗病毒治疗策略仍面临挑战,但这一发现显著深化了我们对病毒、免疫系统和大脑之间复杂关系的认识。

如果大规模临床试验能够证实这一发现,将为HCMV相关的阿尔茨海默病亚型患者带来针对性治疗方案,同时也为理解持续性感染与神经退行性疾病的关系提供重要线索。对于长期缺乏有效治疗手段的患者和照护者而言,这项突破预示着治疗新时代的到来:通过将抗病毒和免疫治疗与传统药物相结合,有望实现更有效的个性化治疗方案。

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