Är det infektioner som ger upphov till vissa fall av Alzheimers sjukdom?

För två år sedan erbjöd immunologen och entreprenören Leslie Norins att dela ut en miljon dollar av sina egna pengar till den forskare som kunde bevisa att Alzheimers sjukdom orsakades av en bakterie.

Teorin om att en infektion skulle kunna orsaka denna form av demenssjukdom har i årtionden varit en teori i utkanten av den neurovetenskapliga forskningen. Majoriteten av Alzheimersforskarna, som stöds av en enorm mängd bevis, anser i stället att de viktigaste skyldiga är klibbiga molekyler i hjärnan som kallas amyloider, som klumpar ihop sig till plack och orsakar inflammation, vilket dödar neuroner.

Norins ville belöna arbete som skulle göra infektionsidén mer övertygande. Amyloidhypotesen har blivit ”den enda acceptabla och stödjande tron i den etablerade kyrkan av konventionell visdom”, säger Norins. ”De få pionjärer som tittade på mikrober och publicerade artiklar blev förlöjligade eller ignorerade.”

Det berodde till stor del på att vissa tidiga förespråkare av infektionsteorin såg den som en ersättning för amyloidhypotesen. Men en del nyare forskning har gett spännande antydningar om att de två idéerna skulle kunna passa ihop – att en infektion skulle kunna ge upphov till vissa fall av Alzheimers sjukdom genom att utlösa produktionen av amyloidklumpar.

Data antyder en radikal roll för amyloid i neuronerna. Istället för att bara vara en giftig avfallsprodukt kan amyloid ha en egen viktig uppgift: att hjälpa till att skydda hjärnan från infektioner. Men ålder eller genetik kan avbryta kontrollerna och balanserna i systemet och förvandla amyloid från försvarare till skurk.

Och den tanken antyder nya vägar att utforska för potentiella terapier. För att testa teorin ytterligare utvecklar forskarna nu djurmodeller som efterliknar Alzheimers sjukdom närmare. ”Vi tar idéerna på allvar”, säger neurovetenskapsmannen Bart de Strooper, direktör för UK Dementia Research Institute vid University College London.

Skadad av klumpar

Amyloidhypotesen menar att Alzheimers sjukdom beror på en ansamling av klibbiga, lösliga proteiner – amyloid-β-peptider – i utrymmena mellan hjärncellerna. Dessa peptider klyvs från ett annat protein som är inbäddat i neuronernas membran. När de väl flyter fritt klumpar de ihop sig till större strukturer som, om de inte rensas bort tillräckligt effektivt av särskilda enzymer, aggregeras till plack. Placken utlöser sedan en dödlig kaskad: de framkallar neuroinflammation och ger upphov till buntar av trådiga proteiner som kallas tau-tanglar. När neuronerna ställs inför denna litania av kränkningar dör de.

Kritiker av hypotesen noterar att hjärnorna hos många människor som inte hade Alzheimers sjukdom har visat sig innehålla plack vid obduktion. Och de pekar på att många kliniska försök med behandlingar som syftar till att lösa upp amyloidplacken har misslyckats, och att ingen av dessa behandlingar har kunnat bromsa sjukdomen. Forskare som stöder amyloidteorin kontrade att även om plackens täthet varierar mycket mellan individer, korrelerar tätheten av tau-tanglar som de utlöser tätt med sjukdomens svårighetsgrad. Och kliniska försök misslyckades förmodligen, menar de, eftersom behandlingarna gavs för sent i sjukdomsförloppet.

De har också starka bevis på sin sida. Det finns vissa sällsynta och aggressiva former av Alzheimers sjukdom som uppträder tidigt – mellan 30 och 60 års ålder – och som förekommer i familjer; dessa tillstånd orsakas av mutationer i gener som styr amyloidtillverkningsprocessen och inflammation i hjärnan. Ett stort antal andra gener har förknippats med risken för den vanligare sena formen av sjukdomen. Flera kodar för proteiner som utgör delar av amyloidkaskaden, och några är involverade i det medfödda immunsystemet – en grupp mekanismer som aktiveras snabbt för att förhindra spridning av patogener i kroppen och som driver inflammation.

Infektionsagens

Forskare som hoppas kunna testa infektionshypotesen har gett sig ut på jakt efter mikrober i tusentals hjärnor från personer med Alzheimers sjukdom som hittats efter döden. I många fall har de hittat dem. ”Men dessa studier visar bara på samband som kan ha förklaringar som inte har något med mekanismerna att göra”, säger de Strooper.

Ruth Itzhaki, biofysiker vid University of Manchester, Storbritannien, som rapporterade om observationer av herpes simplex virus 1 (HSV1) i hjärnor av Alzheimers sjukdom som hittats efter döden på 1990-talet1, är emot sådan kritik. Hon anser att närvaron av mikrober i hjärnan måste tyda på att de spelar en roll, och hon och andra anser att de har goda bevis för att virus är en viktig del av Alzheimers sjukdom. ”De flesta av oss har alltid erkänt att amyloid är ett mycket viktigt inslag i Alzheimers sjukdom – men det är helt enkelt inte orsaken”, säger hon.

Flera mikrober har föreslagits som utlösande faktorer för Alzheimers sjukdom, däribland tre mänskliga herpesvirus och tre bakterier: Chlamydia pneumoniae, som orsakar lunginfektioner, Borrelia burgdorferi, som orsakar borrelia, och senast Porphyromonas gingivalis, som leder till tandköttssjukdomar. I teorin skulle alla smittämnen som kan invadera hjärnan kunna ha denna utlösande roll (det finns dock inga goda bevis för att SARS-CoV-2, viruset bakom COVID-19, har denna förmåga).

De flesta grupper inom detta område har en favoritmikrobiell, och i två uppmärksammade artiklar under 2018 undersöktes herpesvirusens roll. Den ena, från Joel Dudleys grupp vid Icahn School of Medicine at Mount Sinai i New York, analyserade enorma trancher av data om gener, proteiner och vävnadsstrukturer som genererats från nästan 1 000 post mortem-hjärnor som finns i olika databaser. Teamet letade efter avslöjande signaturer av virus i hjärnvävnad – fragment av gener eller proteiner som är specifika för herpes – och kom fram till att nivåerna av humant herpesvirus 6A (HHV-6A) och humant herpesvirus 7 var högre hos personer som hade Alzheimers sjukdom än hos kontrollpersoner2.

Men andra forskare, däribland virologen Steven Jacobson vid National Institute of Neurological Disorders and Stroke i Bethesda, Maryland, vars team studerade ett urval av mer än 1 000 hjärnor efter slakt, lyckades inte upprepa Dudleys resultat3.

Och trots det imponerande antalet enskilda hjärnor i Dudleys studie är resultaten korrelativa. Datakällan är också oroande, säger Michael Heneka vid det tyska centret för neurodegenerativa sjukdomar i Bonn. Hjärnorna hos personer med Alzheimers sjukdom är i dåligt skick före döden, och vävnaden bryts ner ytterligare före obduktionen; mikrober skulle lätt kunna läcka in i dem under de sista dagarna i livet eller efter döden. ”Vi kan inte göra alltför många antaganden från post mortem-material om patogenesen för en sjukdom som har en bana på ungefär tre decennier”, säger han.

Dudleys artikel kom i hälarna på en tio år lång studie i Taiwan, där man följde mer än 8 000 personer som diagnostiserats med herpes simplex-virus, och jämförde dem med en kontrollgrupp på 25 000 personer som inte hade fått samma diagnos. Gruppen av personer med herpes hade en 2,5 gånger ökad risk att utveckla Alzheimers sjukdom, men den ökningen försvann nästan helt hos dem som fick en aggressiv läkemedelsbehandling4.

Även före denna senaste uppgång i teorins framträdande hade idén om att infektioner på något sätt skulle kunna framkalla Alzheimers sjukdom tillräckligt mycket draghjälp för att forskarna skulle kunna inleda en klinisk prövning. År 2017 började ett team vid Columbia University i New York City testa om det antivirala läkemedlet valaciklovir kunde bromsa den kognitiva försämringen och bildandet av amyloidplack hos personer med lindrig Alzheimers sjukdom som också hade testats positivt för antikroppar mot herpes simplex-virus. Resultaten väntas komma 2022.

Bevisbörda

När studier på människor endast ger korrelation vänder sig forskarna ofta till djurförsök för att leta efter orsaker. Men djurmodeller för Alzheimers sjukdom är inte perfekta. Möss, till exempel, utvecklar inte de utmärkande placken när de åldras, såvida de inte är genetiskt manipulerade för att producera dem. Den ofta använda transgena musen 5xFAD uttrycker fem relevanta mutationer i gener som kodar för det pre-amyloida proteinet och ett av de enzymer som hackar det till amyloid-β. Dessa möss uttrycker generna i superhöga nivåer, och de börjar utveckla plack när de bara är två månader gamla.

Neurogenetikern Rudolph Tanzi och hans kollegor vid Massachusetts General Hospital i Charlestown använde 5xFAD-musmodellen för att undersöka en långsökt idé som dök upp en fredagseftermiddag 2008, när institutionens traditionella ”öltimme” – även känd av personal och studenter som ”attitydjusteringstimme” – var på gång.

Tanzi hade letat efter riskgener för Alzheimers sjukdom i några nya genomdata från människor och blev förbryllad när han såg en gen för CD33, ett protein som ofta uttrycks i det medfödda immunsystemet, dyka upp. Han gick till sin granne för att fråga sin vän och kollega Rob Moir vad han tyckte om den märkliga idén att det medfödda immunsystemet skulle kunna ge upphov till en kandidatgen för Alzheimers sjukdom.

Moir, som är neurovetenskapsman, var upptagen med att undersöka vad som var nytt i den allmänna biovetenskapliga litteraturen och hade stött på en artikel om antimikrobiella peptider, som finns i många av de medfödda immunförsvarets vägar. ”Titta på det här, kompis”, ropade han till Tanzi. Hans dator visade en tabell som beskrev peptiderna, alla med liknande längd som amyloid-β och med vissa liknande egenskaper. ”Tror du att amyloid-β skulle kunna vara en antimikrobiell peptid?” frågade han. Tanzi tvekade inte. ”Låt oss testa det!”

Moir sprang på idén. ”Han var som en hund med en toffel, han ville inte släppa taget”, minns Tanzi.

Ingen hade vid det här laget funderat särskilt mycket på om amyloid-β skulle kunna ha en egen specifik roll, trots att den är mycket bevarad mellan arter – en stark indikator på biologisk användbarhet. Sekvensen är minst 400 miljoner år gammal och finns i ungefär två tredjedelar av alla ryggradsdjur. Kanske var den mer än bara en skurk, spekulerade de. Kanske hade den en god funktion, genom att fånga upp mikrober som tar sig in i hjärnan och hindra dem från att orsaka sjukdomar. Detta system kan gå fel när hjärnan åldras och förlorar sin förmåga att effektivt rensa bort amyloiderna.

Tanzi, som hade haft mikrobiologi som huvudämne, bad forskarstuderande Stephanie Soscia att snabbt undersöka om amyloid-β kunde döda åtta vanliga sjukdomsalstrande mikroorganismer i ett provrör, däribland Streptococcus pneumoniae och Escherichia coli. Det kunde det, konstaterade hon – åtminstone lika effektivt som kända antimikrobiella peptider.

Detta faktum gick i pressen5 2010, och under de följande åren ledde Moir en rad mer grundliga experiment för att undersöka det som de nu kallade sin antimikrobiella skyddshypotes. De injicerade bakterien Salmonella typhimurium direkt i hjärnan på 5xFAD-möss som bildade plack och fann att de överlevde längre än icke-transgena, plackfria möss. De fann liknande resultat i nematodmaskar med hjälp av den patogena svampen Candida albicans. I båda fallen bildade amyloiderna klibbiga nät som uppslukade och avväpnade patogenerna6 (se ”Hur mikrober kan ge upphov till plack”).

Därefter riktade teamet sin uppmärksamhet mot herpesvirus, som hade dykt upp som de mänskliga patogener som oftast är kopplade till Alzheimers sjukdom. De injicerade HSV1 i hjärnan hos unga 5xFAD-möss och hos normala möss. Inom tre veckor var hjärnorna hos de transgena mössen översållade med amyloidplack. När teamet upprepade experimentet med en dödlig dos av HSV1 levde de transgena mössen längre än kontrollerna – och plackerna syntes i deras hjärnor inom anmärkningsvärda två dagar7. ”Det var fantastiskt att se”, säger Tanzi.

HSV1 är så utbrett att mer än hälften av alla människor i världen har det i sina kroppar. Men Moir ville också testa effekterna av HHV-6, som finns i upp till 10 % av friska hjärnor – om än ofta i låga nivåer och med okänd effekt. Möss är resistenta mot HHV-6-infektion, så Moirs grupp undersökte virusets effekter i en 3D-kultur av mänskliga neurala celler som modellerar vissa aspekter av Alzheimers sjukdom. Normalt börjar denna mini hjärnorganoid att ackumulera amyloida plack och tau-tanglar efter sex veckor i kulturen. Men, precis som forskarna hade sett med möss, uppstod plack bara två dagar efter att de hade tillsatt viruset7.

Moir och Tanzi fortsatte med att undersöka hur herpesvirus påverkar bildandet av tau-tanglar i organoiderna, och om tanglar skulle kunna blockera spridningen av virus ner i neuronerna. Moir avled i december 2019 efter en kort tids sjukdom, men Tanzi säger att hans grupp fortfarande arbetar med detta.

Resultatet av hans proof-of-concept-experiment hittills, säger han, är att ”om du tillverkar amyloid-β, överlever du infektioner bättre”. Men han medger att det är långt kvar till det faktiska beviset – att se en infektion utlösa amyloidkaskaden för att orsaka sjukdom -. ”Vi har inte sett den rykande pistolen”. Och ingen vet ännu om amyloid-β:s antimikrobiella egenskaper faktiskt används som en del av en normal fysiologisk process hos människor, säger han, eller hur betydelsefulla de skulle vara i den allmänna paletten av försvarsmekanismer i hjärnan. Infektion skulle kunna vara ett sätt att slå till den tändsticka som leder till Alzheimers brand, precis som sällsynta genetiska mutationer gör.

Medveten om att det som slår till tändstickan i början av sjukdomen kanske inte längre finns kvar när personen avlider, utvecklar Tanzis laboratorium tekniker för att isolera och analysera enskilda plack för att se om spår av mikrober är instängda inuti. Det är ett slags arkeologisk utgrävning, säger han.

Stödjande studier

Tanzis arbete har ännu inte reproducerats oberoende, men andra experiment har gett omständligt stöd för hypotesen om antimikrobiellt skydd. Forskare vid bioteknikföretaget Genentech i South San Francisco, Kalifornien, visade till exempel att en mutation i en gen som kallas PILRA, som uttrycks i olika immunceller, är förknippad med en minskad risk för Alzheimers sjukdom8. Genen tillverkar ett protein som hjälper herpes och andra virus att ta sig in i neuronerna, och forskarna menar att mutationen kan förhindra detta inträde.

Och mest fascinerande är att en artikel9 från 2020 från laboratoriet för den kemiska biologen Yue-Ming Li vid Memorial Sloan Kettering Cancer Center i New York ger en mekanism som kan koppla neuroinflammation till amyloid-β-produktion. Li’s team fann att ett protein som kallas IFITM3 aktiveras när virus tar sig in i hjärnan. Proteinet binder till ett av de enzymer som tillverkar amyloid, kallat γ-sekretas, och ökar produktionen av amyloid.

Li och hans team undersökte prover från hjärnbanker och fann att uttrycket av IFITM3-genen ökade med åldern. Det var också högre i hjärnor från personer med Alzheimers sjukdom än i hjärnor från kontroller. Dessutom fann de i experiment med odlade hjärnceller att en inflammationsfrämjande molekyl, en cytokin som kallas interferon, ökade nivåerna av både IFITM3 och amyloid-β (även i prover från mänskliga hjärnor, där de hittade mer IFITM3, hittade de också mer interferon). Allt detta tyder på, menar de, att proteinet skulle kunna fungera som en mellanhand för inflammation och amyloidtillverkningsprocessen.

Li undersöker nu om IFITM3 skulle kunna bli en biomarkör som skulle kunna hjälpa till att avgöra vilka patienter som skulle kunna rekryteras till kliniska prövningar av antiinflammatoriska terapier eller läkemedel som riktar sig mot γ-sekretas. Han undersöker också om proteinet skulle kunna bli ett användbart mål för läkemedelsutveckling.

Resultaten är ”ett stort steg framåt”, säger de Strooper, eftersom de avslöjar den typ av kaskad som kännetecknar många komplexa sjukdomar, inklusive cancer. Processen ”kan utlösas antingen av mutationer som orsakar familjär Alzheimers sjukdom som leder till mer amyloid som driver inflammation, eller av en infektion som leder till inflammation som driver överproduktion av amyloidpeptider”, säger han.

Om detta stämmer, säger han, skulle det få viktiga konsekvenser för behandlingen av Alzheimers sjukdom, eftersom en blockering av produktionen av amyloid-β kan innebära att infektioner plötsligt utgör ett större hot mot hjärnan. ”Men detta är helt och hållet spekulativt, och det beror på hur viktig amyloid-β kan visa sig vara i hjärnans globala försvarslinje.”

En del forskare är fortfarande skeptiska till att infektioner har en viktig roll i Alzheimers sjukdom. Neurovetaren John Hardy vid University College London, som delade hjärnpriset 2018 med de Strooper och andra för arbete om Alzheimers, säger att han skulle ”satsa 5 pund men inte 500 pund” på att teorin om antimikrobiellt skydd stämmer. ”Men jag tror inte att den kommer att kunna bevisas, och jag tror inte att det finns mycket kvar som behöver förklaras om Alzheimers sjukdom utöver genetiken”, säger han. Neurovetaren Tara Spires-Jones vid University of Edinburgh, Storbritannien, säger att även om uppgifterna hittills ger utrymme för möjligheten att infektioner kan ge upphov till vissa fall av Alzheimers sjukdom genom att skapa inflammation, kan den normala åldrandeprocessen också vara en förklaring. Åldrande, påpekar hon, är den största riskfaktorn för att utveckla Alzheimers sjukdom. ”Enligt min personliga åsikt är det troligare att den allmänna inflammationen i hjärnan som följer med åldrandet är orsaken.”

Med rätt modeller tror dock vissa forskare att infektionsteorin skulle kunna bevisas, även om det kan vara svårt att visa hur stor andel av fallen av Alzheimers som utlösts av en mikrob. Jacobson är fascinerad av de nya möjligheterna och hoppas kunna utveckla en marmosetmodell för att testa infektionsteorin, eftersom denna lilla primat efterliknar Alzheimers patologi hos människor mer exakt än vad andra modeller gör. Tanzi planerar att använda en mus vars amyloidgener har bytts ut mot deras mänskliga motsvarigheter och som därför uttrycker mänskligt amyloid-β på normala fysiologiska nivåer. Ett annat viktigt steg kommer att vara att oberoende laboratorier replikerar befintliga resultat.

När det gäller Norins pris har 40 sökande hittills lämnat in arbeten i hopp om att vinna kontantpriset i mars, när resultaten av utmaningen kommer att tillkännages. Norins är medveten om uppgiftens enorma omfattning. Att bevisa att en bakterie orsakar Alzheimers sjukdom, säger han, kommer att vara ”det svåraste beviset att ge”.