Cu doi ani în urmă, imunologul și antreprenorul de publicații medicale Leslie Norins s-a oferit să acorde 1 milion de dolari din banii săi oricărui om de știință care ar putea dovedi că boala Alzheimer a fost cauzată de un microb.
Teoria că o infecție ar putea cauza această formă de demență a fost zbuciumată timp de zeci de ani la marginea cercetării în neuroștiințe. Majoritatea cercetătorilor din domeniul Alzheimer, susținuți de un volum uriaș de dovezi, cred în schimb că principalii vinovați sunt moleculele lipicioase din creier numite amiloizi, care se aglomerează în plăci și provoacă inflamații, ucigând neuronii.
Norins a vrut să recompenseze munca care ar face ca ideea de infecție să fie mai convingătoare. Ipoteza amiloidului a devenit „singura credință acceptabilă și suportabilă a Bisericii consacrate a înțelepciunii convenționale”, spune Norins. „Cei câțiva pionieri care s-au uitat la microbi și au publicat lucrări au fost ridiculizați sau ignorați.”
În mare parte, acest lucru s-a datorat faptului că unii dintre primii susținători ai teoriei infecției au văzut-o ca pe un înlocuitor al ipotezei amiloidei. Dar unele cercetări recente au oferit indicii intrigante că cele două idei s-ar putea potrivi împreună – că infecția ar putea semăna unele cazuri de boală Alzheimer prin declanșarea producției de aglomerări amiloide.
Datele sugerează un rol radical pentru amiloid în neuroni. În loc să fie doar un deșeu toxic, amiloidul ar putea avea o treabă importantă de sine stătătoare: să ajute la protejarea creierului de infecții. Dar vârsta sau genetica pot întrerupe controalele și echilibrele din sistem, transformând amiloidul din apărător în răufăcător.
Și această idee sugerează noi căi de explorat pentru potențiale terapii. Pentru a testa teoria în continuare, oamenii de știință dezvoltă acum modele animale care imită mai îndeaproape boala Alzheimer. „Luăm ideile în serios”, spune cercetătorul în neuroștiințe Bart de Strooper, director al Institutului de Cercetare a Demenței din Marea Britanie de la University College London.
Căpușat de aglomerări
Ipoteza amiloidului susține că boala Alzheimer rezultă dintr-o acumulare de proteine lipicioase, solubile – peptide amiloid-β – în spațiile dintre celulele creierului. Aceste peptide sunt scindate dintr-o altă proteină încorporată în membranele neuronilor. Odată ce plutesc libere, ele se aglomerează în structuri mai mari care, dacă nu sunt eliminate suficient de eficient de enzime speciale, se agregă în plăci. Plăcile declanșează apoi o cascadă mortală: provoacă neuroinflamarea și generează mănunchiuri de proteine fibroase numite încurcături tau. Confruntați cu această litanie de insulte, neuronii mor.
Criticii ipotezei remarcă faptul că s-a demonstrat că, la autopsie, creierul multor persoane care nu au avut boala Alzheimer conținea plăci post-mortem. Și ei atrag atenția asupra eșecului multor teste clinice ale tratamentelor concepute pentru a dizolva plăcile amiloide, niciunul dintre acestea nereușind să încetinească boala. Cercetătorii care susțin teoria amiloidiană replică că, deși densitatea plăcilor variază foarte mult de la un individ la altul, densitatea încurcăturilor tau pe care acestea le declanșează se corelează strâns cu gravitatea bolii. Iar studiile clinice au eșuat probabil, spun ei, pentru că tratamentele au fost administrate prea târziu în evoluția bolii.
Ei au de asemenea dovezi puternice de partea lor. Există anumite forme rare și agresive ale bolii Alzheimer care apar timpuriu – între 30 și 60 de ani – și se întâlnesc în familii; aceste afecțiuni sunt cauzate de mutații în genele care guvernează procesul de producere a amiloidului și inflamația din creier. Zeci de alte gene au fost asociate cu riscul de apariție a formei mai frecvente de boală cu debut tardiv. Câteva codifică proteine care cuprind elemente ale cascadei amiloide, iar unele sunt implicate în sistemul imunitar înnăscut – un grup de mecanisme care se activează rapid pentru a preveni răspândirea agenților patogeni în organism și care determină inflamația.
Agenți ai infecției
Cercetătorii care sperau să testeze ipoteza infecției au pornit la vânătoare de microbi în mii de creiere post-mortem de la persoane cu Alzheimer. La mulți dintre ei, ei i-au găsit. „Dar aceste studii arată doar corelații care pot avea explicații care nu au nimic de-a face cu mecanismele”, spune de Strooper.
Ruth Itzhaki, un biofizician de la Universitatea din Manchester, Marea Britanie, care a raportat observații ale virusului herpes simplex 1 (HSV1) în creierele post-mortem ale bolnavilor de Alzheimer în anii 19901, se zbate în fața acestor critici. Ea este de părere că prezența microbilor în creier trebuie să indice un rol al acestora, iar ea și alții cred că au dovezi solide că virușii sunt un element cheie în Alzheimer. „Cei mai mulți dintre noi au recunoscut întotdeauna că amiloidul a fost o caracteristică foarte importantă a bolii Alzheimer – dar pur și simplu nu este cauza”, spune ea.
Eșantioanele de țesut cerebral de la persoanele cu boala Alzheimer adăpostesc uneori microbi.Credit: Patrice Latron/Look at Sciences/SPL
Câțiva microbi au fost propuși ca factori declanșatori ai bolii Alzheimer, inclusiv trei virusuri herpetice umane și trei bacterii: Chlamydia pneumoniae, o cauză a infecțiilor pulmonare; Borrelia burgdorferi, agentul bolii Lyme; și, cel mai recent, Porphyromonas gingivalis, care duce la boli ale gingiilor. Teoretic, orice agent infecțios care poate invada creierul ar putea avea acest rol de declanșator (nu există însă dovezi solide că SARS-CoV-2, virusul din spatele COVID-19, are această capacitate).
Majoritatea grupurilor din acest domeniu au un microb favorit, iar două lucrări care au atras atenția în 2018 au examinat rolul virusurilor herpetice. Unul, al grupului lui Joel Dudley de la Icahn School of Medicine at Mount Sinai din New York, a analizat tranșe uriașe de date privind genele, proteinele și structura țesuturilor generate de aproape 1.000 de creiere post-mortem disponibile în diverse baze de date. Echipa a căutat semnături revelatoare ale virusurilor în țesutul cerebral – fragmente de gene sau proteine specifice herpesului – și a ajuns la concluzia că nivelurile de virusul herpetic uman 6A (HHV-6A) și de virusul herpetic uman 7 erau mai ridicate la persoanele care sufereau de boala Alzheimer decât la persoanele de control2.
Dar alți cercetători, inclusiv virusologul Steven Jacobson de la Institutul Național de Tulburări Neurologice și Accidente Vasculare Cerebrale din Bethesda, Maryland, a cărui echipă a studiat un eșantion de peste 1.000 de creiere post-mortem, nu a reușit să reproducă descoperirea lui Dudley3.
Și, în ciuda numărului impresionant de creiere individuale din studiul lui Dudley, rezultatele sunt corelative. Sursa datelor este, de asemenea, îngrijorătoare, spune Michael Heneka de la Centrul German pentru Boli Neurodegenerative din Bonn. Creierele persoanelor cu Alzheimer sunt în stare proastă înainte de moarte, iar țesuturile se descompun și mai mult înainte de autopsie; microbii ar putea pătrunde cu ușurință în ele în ultimele zile de viață sau după moarte. „Nu putem face prea multe presupuneri pornind de la materialul post-mortem cu privire la patogeneza unei boli care are o traiectorie de aproximativ trei decenii”, spune el.
Articolul lui Dudley a venit la scurt timp după un studiu de un deceniu în Taiwan, care a urmărit peste 8.000 de persoane care au fost diagnosticate cu virusul herpes simplex și le-a comparat cu un grup de control de 25.000 de persoane care nu au primit același diagnostic. Grupul de persoane cu herpes avea un risc de 2,5 ori mai mare de a dezvolta boala Alzheimer, dar această creștere a fost aproape eliminată în cazul celor care au primit un tratament medicamentos agresiv4.
Chiar și înainte de această creștere recentă a proeminenței teoriei, ideea că infecțiile ar putea provoca cumva Alzheimer a avut suficientă tracțiune pentru ca cercetătorii să lanseze un studiu clinic. În 2017, o echipă de la Universitatea Columbia din New York a început să testeze dacă medicamentul antiviral valaciclovir ar putea încetini declinul cognitiv și formarea de plăci amiloide la persoanele cu boală Alzheimer ușoară care au fost testate pozitiv și pentru anticorpii la virusul herpes simplex. Rezultatele sunt așteptate în anul 2022.
Plata dovezilor
Când studiile pe oameni oferă doar o corelație, cercetătorii apelează adesea la experimente pe animale pentru a căuta cauza. Dar modelele animale ale bolii Alzheimer nu sunt perfecte; șoarecii, de exemplu, nu dezvoltă plăcile caracteristice pe măsură ce îmbătrânesc, cu excepția cazului în care sunt modificați genetic pentru a le produce. Șoarecele transgenic 5xFAD, utilizat pe scară largă, exprimă cinci mutații relevante în genele care codifică proteina preamiloidă și una dintre enzimele care o tranșează în amiloid-β. Acești șoareci exprimă genele la niveluri foarte ridicate și încep să dezvolte plăci la vârsta de numai două luni.
Neurogeneticianul Rudolph Tanzi și colegii săi de la Spitalul General Massachusetts din Charlestown au folosit modelul de șoarece 5xFAD pentru a investiga o idee de lungă durată care a apărut într-o după-amiază de vineri din 2008, când era în desfășurare tradiționala „oră de bere” a departamentului – cunoscută de asemenea de către personal și studenți ca „ora de ajustare a atitudinii”.
Tanzi căutase genele de risc pentru Alzheimer în unele date noi din genomica umană și a fost nedumerit să vadă apărând o genă pentru CD33, o proteină exprimată pe scară largă în sistemul imunitar înnăscut. El s-a dus alături pentru a-l întreba pe prietenul și colegul său Rob Moir ce părere are despre ideea ciudată că sistemul imunitar înnăscut ar putea scoate la iveală o genă candidată pentru Alzheimer.
Moir, un cercetător în neuroștiințe, era ocupat cu cercetarea noutăților din literatura generală de științe ale vieții și a dat peste o lucrare despre peptidele antimicrobiene, care se găsesc în multe căi ale imunității înnăscute. „Tipule, uită-te la asta”, i-a spus lui Tanzi. Calculatorul său a arătat un tabel care descria peptidele, toate de lungime similară cu amiloid-β și cu unele proprietăți similare. „Crezi că amiloid-β ar putea fi o peptidă antimicrobiană?”, a întrebat el. Tanzi nu a ezitat. „Hai să o testăm!”
Moir a dat curs ideii. „Era ca un câine cu un papuc, nu-i dădea drumul”, își amintește Tanzi.
Până în acest moment, nimeni nu se gândise prea mult dacă amiloid-β ar putea avea un rol specific propriu, în ciuda faptului că este foarte bine conservat între specii – un indicator puternic al utilității biologice. Secvența are o vechime de cel puțin 400 de milioane de ani și este prezentă la aproximativ două treimi din toate vertebratele. Poate că a fost mai mult decât un simplu tip rău, au speculat ei. Poate că avea o funcție de băiat bun, capturând microbii care își croiesc drum în creier și împiedicându-i să provoace boli. Acest sistem ar putea da greș atunci când creierul îmbătrânește și își pierde capacitatea de a elimina eficient amiloizii.
Tanzi, care se specializase în microbiologie, i-a cerut studentei postuniversitare Stephanie Soscia să analizeze rapid dacă amiloid-β ar putea ucide opt microorganisme comune care cauzează boli într-un tub de testare, inclusiv Streptococcus pneumoniae și Escherichia coli. Ea a constatat că putea, cel puțin la fel de eficient ca și peptidele antimicrobiene cunoscute.
Au grăbit acest fapt în presă5 în 2010, iar în anii următori, Moir a prezidat o serie de experimente mai amănunțite pentru a sonda ceea ce ei numeau acum ipoteza lor de protecție antimicrobiană. Ei au injectat bacteria Salmonella typhimurium direct în creierul șoarecilor 5xFAD care produc plăci și au constatat că aceștia au supraviețuit mai mult decât șoarecii netransgenici, fără plăci. Ei au găsit rezultate similare la viermii nematode, folosind ciuperca patogenă Candida albicans. În ambele cazuri, amiloizii au format plase lipicioase care au înghițit și au dezarmat agenții patogeni6 (vezi „Cum ar putea microbii să semene plăci”).
Surse: Ref. 9; Nature 559, S4-S7 (2018).
Apoi, echipa și-a îndreptat atenția către virusurile herpetice, care au apărut ca fiind agenții patogeni umani cel mai frecvent legați de boala Alzheimer. Ei au injectat HSV1 în creierul unor șoareci tineri 5xFAD și al unor șoareci normali. În decurs de trei săptămâni, creierul șoarecilor transgenici era presărat cu plăci amiloide. Când echipa a repetat experimentul cu o doză letală de HSV1, șoarecii transgenici au trăit mai mult decât cei de control – iar plăcile au apărut în creierul lor într-un interval remarcabil de două zile7. „A fost un lucru uimitor de văzut”, spune Tanzi.
HSV1 este atât de răspândit încât mai bine de jumătate dintre oamenii din întreaga lume îl adăpostesc în corpul lor. Dar Moir a vrut să testeze și efectele HHV-6, care se găsește în până la 10% din creierele sănătoase – deși adesea la niveluri scăzute și cu efect necunoscut. Șoarecii sunt rezistenți la infecția cu HHV-6, așa că echipa lui Moir a cercetat efectele virusului într-o cultură 3D de celule neuronale umane care modelează unele aspecte ale bolii Alzheimer. În mod normal, acest mini organoid cerebral începe să acumuleze plăci amiloide și încurcături tau după șase săptămâni de cultură. Dar, așa cum cercetătorii observaseră la șoareci, plăcile au apărut la doar două zile după ce au adăugat virusul7.
Moir și Tanzi au continuat să investigheze impactul virusurilor herpetice asupra formării de încurcături tau în organoizi și dacă încurcăturile ar putea bloca răspândirea virusurilor în neuronii. Moir a murit în decembrie 2019, după o scurtă boală, dar Tanzi spune că grupul său continuă să urmărească această linie de lucru.
Spusele experimentelor sale de dovadă a conceptului de până acum, spune el, sunt că „dacă produci amiloid-β, supraviețuiești mai bine infecției”. Dar el admite că dovada reală – a vedea cum o infecție declanșează cascada amiloidă pentru a provoca boala – este departe. „Nu am văzut încă arma fumegândă”. Și nimeni nu știe încă dacă proprietățile antimicrobiene ale amiloid-β sunt de fapt desfășurate ca parte a unui proces fiziologic normal la oameni, spune el, sau cât de semnificative ar fi acestea în paleta generală a mecanismelor de apărare din creier. Infecția ar putea fi o modalitate de a aprinde chibritul care duce la focul bolii Alzheimer, la fel cum o fac mutațiile genetice rare.
Conștient de faptul că ceea ce aprinde chibritul la debutul bolii ar putea să nu mai existe până la moartea persoanei, laboratorul lui Tanzi dezvoltă tehnici de izolare și analiză a plăcilor individuale pentru a vedea dacă în interiorul acestora sunt prinse urme de microb. Este un fel de săpătură arheologică, spune el.
Studii de susținere
Lucrarea lui Tanzi nu a fost încă reprodusă în mod independent, dar alte experimente au oferit un sprijin circumstanțial pentru ipoteza protecției antimicrobiene. De exemplu, oamenii de știință de la firma de biotehnologie Genentech din South San Francisco, California, au arătat că o mutație într-o genă cunoscută sub numele de PILRA, care este exprimată în diverse celule imunitare, este asociată cu un risc redus de Alzheimer8. Gena produce o proteină care ajută herpesul și alți viruși să pătrundă în neuroni, iar cercetătorii spun că mutația ar putea împiedica această intrare.
Și, cel mai intrigant, o lucrare din 20209 din laboratorul biologului chimist Yue-Ming Li de la Memorial Sloan Kettering Cancer Center din New York oferă un mecanism care ar putea lega neuroinflamarea de producția de amiloid-β. Echipa lui Li a descoperit că o proteină numită IFITM3 se activează atunci când virușii își fac drum în creier. Proteina se leagă de una dintre enzimele care produc amiloid, numită γ-secretază, și crește producția de amiloid.
Li și echipa sa au analizat specimene din bănci de creier și au descoperit că expresia genei IFITM3 a crescut odată cu vârsta. De asemenea, era mai mare în creierele persoanelor cu boala Alzheimer decât în cele ale persoanelor de control. Mai mult decât atât, în experimentele cu celule cerebrale cultivate, au descoperit că o moleculă care stimulează inflamația, o citokină numită interferon, a crescut nivelul atât al IFITM3, cât și al amiloid-β (de asemenea, în probele de creier uman, acolo unde au găsit mai mult IFITM3, au găsit mai mult interferon). Toate acestea sugerează, spun ei, că proteina ar putea acționa ca un intermediar între inflamație și procesul de producere a amiloidului.
Li investighează acum dacă IFITM3 ar putea deveni un biomarker care ar ajuta la decizia de a decide ce pacienți ar putea fi recrutați pentru studii clinice ale terapiilor antiinflamatorii sau ale medicamentelor care vizează γ-secretaza. El cercetează, de asemenea, dacă proteina ar putea deveni o țintă utilă pentru dezvoltarea de medicamente.
Rezultatele sunt „un mare pas înainte”, spune de Strooper, deoarece ele dezvăluie tipul de cascadă care caracterizează multe boli complexe, inclusiv cancerul. Procesul „poate fi declanșat fie de mutațiile care cauzează boala Alzheimer familială, care duc la mai mult amiloid care conduce la inflamație, fie de o infecție care duce la inflamație care conduce la supraproducția de peptide amiloide”, spune el.
Dacă acest lucru se adeverește, spune el, ar avea implicații importante pentru tratamentul bolii Alzheimer, deoarece blocarea producției de amiloid-β ar putea însemna că infecțiile reprezintă brusc o amenințare mai mare pentru creier. „Dar acest lucru este în întregime speculativ și depinde de cât de importantă s-ar putea dovedi a fi amiloid-β în linia de apărare globală a creierului.”
Câțiva cercetători sunt încă sceptici cu privire la faptul că infecțiile au un rol major în boala Alzheimer. Neurologul John Hardy de la University College din Londra, care a împărțit premiul Brain Prize 2018 cu de Strooper și alții pentru munca asupra Alzheimer, spune că ar „paria 5 lire sterline, dar nu 500 de lire sterline” pe faptul că teoria protecției antimicrobiene este corectă. „Dar nu cred că va putea fi dovedită și nu cred că au mai rămas multe lucruri de explicat despre Alzheimer dincolo de genetică”, spune el. Și cercetătorul în neuroștiințe Tara Spires-Jones de la Universitatea din Edinburgh, Marea Britanie, spune că, deși datele de până acum permit posibilitatea ca infecția să semene unele cazuri de Alzheimer prin crearea unei inflamații, procesul normal de îmbătrânire ar putea fi, de asemenea, o explicație. Îmbătrânirea, subliniază ea, este cel mai mare factor de risc pentru apariția bolii Alzheimer. „După părerea mea personală, este mai probabil ca inflamația generală din creier care apare odată cu îmbătrânirea să fie cauza.”
Dacă există modelele potrivite, totuși, unii oameni de știință cred că teoria infecției ar putea fi demonstrabilă, chiar dacă ar putea fi dificil de demonstrat ce proporție de cazuri de Alzheimer au fost declanșate de un microb. Jacobson este entuziasmat de noile posibilități și speră să dezvolte un model de marmoset pentru a testa teoria infecției, deoarece această mică primată emulează patologia Alzheimer la om mai exact decât alte modele. Tanzi intenționează să folosească un șoarece ale cărui gene amiloide au fost schimbate cu echivalentele lor umane și care, prin urmare, exprimă amiloid-β uman la niveluri fiziologice normale. Un alt pas cheie va fi ca laboratoarele independente să reproducă descoperirile existente.
În ceea ce privește premiul lui Norins, 40 de candidați au trimis până acum lucrări în speranța de a pleca cu premiul în bani în martie, când vor fi anunțate rezultatele provocării. Norins este conștient de enormitatea sarcinii. Dovada că un germen cauzează Alzheimer, spune el, va fi „cea mai grea dovadă de furnizat”.
.