據(jù)eLife今天描述的一種新的數(shù)學(xué)模型，阿爾茨海默氏病與健康的衰老有一些關(guān)鍵的相似之處。
該模型為老年人和神經(jīng)退行性腦的多尺度生物學(xué)改變提供了獨(dú)特的見解，對確定阿爾茨海默氏病的未來治療目標(biāo)具有重要意義。
研究人員利用一系列生物學(xué)數(shù)據(jù)開發(fā)了數(shù)學(xué)模型-從使用基因活性的“微觀”信息到有關(guān)大腦中毒性蛋白質(zhì)(tau和淀粉樣蛋白)負(fù)擔(dān)，神經(jīng)元功能，腦血管流量，新陳代謝和組織結(jié)構(gòu)的“宏觀”信息分子PET和MRI掃描。
“在衰老和疾病研究中，大多數(shù)研究都在微觀或宏觀尺度上結(jié)合了大腦測量結(jié)果，未能以多種空間分辨率檢測出幾種生物學(xué)因素之間的直接因果關(guān)系，”第一作者Quadri Adewale解釋說。加拿大麥吉爾大學(xué)神經(jīng)病學(xué)和神經(jīng)外科。“我們希望在一個(gè)全面而個(gè)性化的模型中將全腦基因活性測量結(jié)果與臨床掃描數(shù)據(jù)結(jié)合起來，然后在健康衰老和阿爾茨海默氏病中進(jìn)行驗(yàn)證。”
這項(xiàng)研究涉及460位患者，這是阿爾茨海默氏病神經(jīng)成像計(jì)劃研究組的一部分，在四個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行了至少四種不同類型的腦部掃描。在460名參與者中，有151名被臨床鑒定為無癥狀或健康對照(HC)，161名患有早期輕度認(rèn)知障礙(EMCI)，113名患有晚期輕度認(rèn)知障礙(LMCI)和35名患有可能的阿爾茨海默氏病(AD)。
這些多模式掃描的數(shù)據(jù)與艾倫人腦圖譜(Allen Human Brain Atlas)的基因活性數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，后者提供了有關(guān)20267個(gè)基因的全腦基因表達(dá)的詳細(xì)信息。然后將大腦分為138個(gè)不同的灰質(zhì)區(qū)域，以將基因數(shù)據(jù)與掃描的結(jié)構(gòu)和功能數(shù)據(jù)結(jié)合起來。
然后，研究小組探索了空間遺傳模式與掃描所得信息之間的因果關(guān)系，并將其與年齡相關(guān)的認(rèn)知功能變化進(jìn)行了交叉引用。他們發(fā)現(xiàn)，該模型預(yù)測阿爾茨海默氏病的認(rèn)知功能下降程度的能力最高，其次是認(rèn)知下降(LCMI，ECMI)的下降幅度較小，最后是健康對照組。這表明該模型可以再現(xiàn)臨床掃描中隨時(shí)間推移所見的大腦中毒性蛋白，神經(jīng)元功能和組織結(jié)構(gòu)的累積的多因素個(gè)體變化。
接下來，研究小組使用該模型來尋找在健康衰老的正常過程中隨時(shí)間推移導(dǎo)致認(rèn)知能力下降的基因，并使用了健康對照參與者的子集，這些參與者在臨床上保持穩(wěn)定了近八年。認(rèn)知變化包括記憶和執(zhí)行功能，例如靈活的思維。他們發(fā)現(xiàn)了八個(gè)基因，這些基因有助于在掃描中看到的成像動力學(xué)，并且與健康個(gè)體的認(rèn)知變化相對應(yīng)。值得注意的是，在健康衰老中改變的基因也已知會影響阿爾茨海默氏病發(fā)展過程中的兩種重要蛋白質(zhì)，稱為tau和β淀粉樣蛋白。
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