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興奮性神經遞質谷氨酸在活性神經元附近持續存在時間過長。這導致這些神經元的病理性過度刺激,從而對阿爾茨海默病患者的學習和記憶喪失造成嚴重影響。
Arthur Konnerth(左)和Benedikt Zott在實驗裝置前面
大腦特定區域的神經元過度活躍被認為是阿爾茨海默病的早期擾動。來自慕尼黑工業大學(Technical University of Munich,TUM)的團隊第一次能夠解釋這一早期因素的原因和機制,因此也是重要的神經功能障礙。他們發現,興奮性神經遞質谷氨酸在活性神經元附近持續存在時間過長。這導致這些神經元的病理性過度刺激,從而對阿爾茨海默病患者的學習和記憶喪失造成嚴重影響。
已經出現臨床症狀的阿爾茨海默病患者的大腦中含有大量被稱為斑塊的β-澱粉樣蛋白。許多治療方法側重於去除斑塊,但迄今為止,這種嘗試的成功率有限。
「我們盡早發現和治療這種疾病至關重要。因此,我們專注於過度活躍的神經元,這種神經元早在患者發生記憶喪失之前就已發生,」TUM的Hertie神經科學高級教授Arthur Konnerth教授解釋道。由於過度活躍,電路中的連接神經元不斷地接收錯誤信號,導致信號處理的損害。
Konnerth與他的博士生Benedikt Zott和整個研究團隊一起成功地確定了這種早期腦干擾的原因和觸發因素。這一發現可能為新的治療方法開辟道路。該研究發表在《科學》(Science)雜誌上。
β-澱粉樣蛋白阻斷谷氨酸再攝取
神經元使用稱為神經遞質的化學物質相互通信。谷氨酸是其中最重要的化學物質之一,用於激活連接的神經元。谷氨酸被釋放在稱為突觸的兩個神經元之間的連接位點,並且被快速移除以允許傳輸下一個信號。這一過程一方面通過所謂的泵分子進行,另一方面通過谷氨酸沿著膜的簡單運輸被動進行。
研究人員發現,神經元過度活躍使突觸間隙中高濃度的谷氨酸持續時間過長。這是由於β-澱粉樣蛋白分子的作用,其阻止谷氨酸轉運出突觸間隙。該團隊使用來自患者樣本的β-澱粉樣蛋白分子並使用各種小鼠模型測試了該機制,兩種方法的結果類似。
海馬體中的神經元在阿爾茨海默病的早期階段已經受損
早期治療策略的指征
該團隊還發現,神經遞質阻滯是由早期可溶性β-澱粉樣蛋白引起的而不是斑塊介導的。β-澱粉樣蛋白最初作為單分子形式或單體發生,然後聚集成雙分子形式(二聚體)和更大的鏈,最終導致斑塊。研究人員發現谷氨酸鹽阻斷是由可溶性二聚體引起的。
「我們的數據為特定β-澱粉樣蛋白類型二聚體的快速和直接毒性作用提供了明確的證據。我們甚至能夠解釋這種機制,」正如該研究的第一作者Benedict Zott所述。研究人員現在希望利用這些知識進一步提高他們對阿爾茨海默病細胞機制的理解,從而支持疾病早期治療策略的發展。
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參考文獻
Source:Technical University Munich
Direct toxic action of beta-amyloid identified
Reference:Benedikt Zott et al, A vicious cycle of β amyloid–dependent neuronal hyperactivation, Science (2019). DOI: 10.1126/science.aay0198
https://www.tum.de/en/studinews/issue-022016/show/article/35644/
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