一項新研究通過使用的全腦建模技術(shù)，成功地利用數(shù)學(xué)和計算模擬工具測量了阿爾茨海默病相關(guān)的兩種蛋白質(zhì)之間的相互作用，為設(shè)計新的生物標(biāo)志物以改善其診斷流程和治療方法的未來研究鋪平了道路。

龐培法布拉大學(xué)

1月15日消息

西班牙龐培法布拉大學(xué)（Pompeu Fabra University，UPF）腦與認知中心（Center for Brain and Cognition，CBC）和西班牙赫羅納大學(xué)（University of Girona，UdG）可視化、虛擬現(xiàn)實和圖形交互（Visualization, Virtual Reality and Graphics Interaction ，ViRVIG）研究小組的研究人員推動了這項研究，揭示了阿爾茨海默病相關(guān)的兩種蛋白質(zhì)之間相互作用的新知識，這兩種蛋白質(zhì)在神經(jīng)元組織中的積累與疾病有關(guān)。研究的結(jié)果最近發(fā)表在《阿爾茨海默病研究與治療》（Alzheimer's Research & Therapy）雜志上。

研究于2023年12月5日發(fā)表在《Alzheimer's Research & Therapy》（最新影響因子：8.831）雜志上

關(guān)于阿爾茨海默病病因的主流理論表明，它們與兩種蛋白質(zhì)，β-淀粉樣蛋白（Aβ）和 tau 蛋白在神經(jīng)元組織中的異常積累有關(guān)，但關(guān)于引發(fā)這種神經(jīng)退行性疾病的過程仍有許多未知。迄今為止，大多數(shù)科學(xué)研究都分析了其中一種蛋白質(zhì)（Aβ）對神經(jīng)元動力學(xué)的影響，但沒有深入研究它與阿爾茨海默病患者 tau 蛋白之間的復(fù)雜相互作用。

最近的神經(jīng)科學(xué)研究提供了關(guān)于這兩種蛋白質(zhì)在阿爾茨海默病患者大腦中的動態(tài)和復(fù)雜相互作用的有趣進展。他們的研究結(jié)果為設(shè)計新的生物標(biāo)志物以改善其診斷流程和治療方法的未來研究鋪平了道路。

Gustavo Patow （ViRVIG-UdG和CBC-UPF）斷言：“阿爾茨海默病是一種神經(jīng)退行性疾病，它會使大腦逐漸退化，達到破壞其正常功能的程度。計算神經(jīng)科學(xué)方法，特別是基于模擬的模型，能夠以無法應(yīng)用于真實患者的方式研究疾病的演變，”他澄清說，這些“計算機模擬”可以形成和測試假設(shè)，并提供信息，偶爾還能提供關(guān)于疾病的新知識，“我們已經(jīng)能夠確定這兩種蛋白質(zhì)的相對重要性，這被認為是阿爾茨海默病的原因，在整個疾病的演變過程中，這使我們能夠產(chǎn)生有助于診斷的有價值的信息，因為這項研究為我們提供了關(guān)于患者狀態(tài)的精確信息，這些信息是基于他們的功能掃描儀，所謂的‘生物標(biāo)志物’。”  

Gustavo Deco （CBC-UPF和ICREA）補充說：“數(shù)學(xué)和計算工具深深植根于我們對阿爾茨海默病的醫(yī)學(xué)和生物學(xué)知識，為研究這種疾病的演變打開了新的大門，最重要的是，分析對抗其影響的可能策略，并有望減緩其進展。我們的小組正在加緊研究這些類型的預(yù)測模型，使我們能夠朝著這一理想而努力，最終目標(biāo)是與這種可怕的疾病作斗爭。這項工作的結(jié)果是朝著這個方向邁出的有希望的第一步。”

這項研究使用了先進的數(shù)學(xué)和計算工具，揭示了與疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)如何改變阿爾茨海默病患者的神經(jīng)元興奮/抑制平衡。

在這項研究中，研究人員使用了全腦建模技術(shù)，通過數(shù)學(xué)工具和運算，使我們能夠理解健康受試者和疾病患者在不同狀態(tài)（靜息狀態(tài)、執(zhí)行認知任務(wù)……）下不同腦區(qū)的整體動力學(xué)基礎(chǔ)機制。基于這些技術(shù)，研究了兩種蛋白質(zhì)（Aβ 和 tau 蛋白）的濃度對阿爾茨海默病患者不同腦區(qū)行為動力學(xué)的影響。我們有可能確定每種蛋白質(zhì)單獨或結(jié)合其他蛋白質(zhì)的影響，并評估每種蛋白質(zhì)在患者異常大腦活動中的相對重量。

這項研究的結(jié)論是，在阿爾茨海默病的早期階段，這種疾病的最大影響是由 Aβ 的大量積累引起的。相比之下，在中、末期階段，這種影響可以歸因于更高濃度的 tau 蛋白。這兩種蛋白質(zhì)改變了神經(jīng)元興奮和抑制狀態(tài)之間的平衡，從而導(dǎo)致患者的認知能力惡化。

此前對這種疾病的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，阿爾茨海默病患者的神經(jīng)元興奮和抑制平衡水平發(fā)生了改變。尤其是在疾病的早期階段，會出現(xiàn)神經(jīng)元過度興奮，損害皮質(zhì)活動，從而導(dǎo)致認知能力下降。到目前為止，這種不平衡已在動物研究和死亡后的人類樣本中得到證明，但在患有該病的人類中缺乏這一證據(jù)。實現(xiàn)這一目標(biāo)的主要困難是不能使用神經(jīng)成像技術(shù)直接測量神經(jīng)元的興奮和抑制活動。然而，這項研究中使用的全腦建模技術(shù)確實成功地利用數(shù)學(xué)和計算模擬工具測量了這兩種蛋白質(zhì)對神經(jīng)元興奮/抑制失衡的影響。

本研究使用了來自阿爾茨海默病神經(jīng)影像學(xué)計劃（Alzheimer 's Disease Neuroimaging Initiative，ADNI）數(shù)據(jù)庫的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，這是一項縱向多中心研究，旨在開發(fā)阿爾茨海默病的生物標(biāo)志物。這些數(shù)據(jù)對應(yīng)于年齡在 55 歲至 90 歲之間的患者。

創(chuàng)建于1990年的西班牙龐培法布拉大學(xué)

始創(chuàng)于1446年的西班牙赫羅納大學(xué)

參考文獻

Source：Pompeu Fabra University

Neuroscientific study paves the way for improving the diagnosis and treatment of Alzheimer's

Reference：

Patow, G., Stefanovski, L., Ritter, P. et al. Whole-brain modeling of the differential influences of amyloid-beta and tau in Alzheimer’s disease. Alz Res Therapy 15, 210 (2023). https://doi.org/10.1186/s13195-023-01349-9

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       原文標(biāo)題 : 神經(jīng)科學(xué)研究為提高阿爾茨海默病的診斷和治療鋪平了道路