1991年的一天，神经学家沃伦·斯特里特马特请他的老板查看一些令人困惑的数据。斯特里特马特正在研究淀粉样蛋白-β，它是阿尔茨海默病患者大脑中分子团块的主要成分。他正在脑脊液中寻找淀粉样蛋白结合蛋白，并分离出一种称为载脂蛋白E (ApoE) 的蛋白，它与该疾病没有明显的联系。
斯特里特马特的老板，杜克大学位于北卡罗来纳州达勒姆的遗传学家艾伦·罗西斯立即意识到他的同事偶然发现了一些令人兴奋的东西。两年前，该小组已经确定了阿尔茨海默病与19号染色体区域之间的基因关联。罗西斯知道编码 ApoE 的基因也在19号染色体上。“这就像一道闪电，”他说。“它改变了我的生活。”
在人类中，APOE 基因有三种常见的变异或等位基因，编号为 2、3 和 4。罗西斯意识到，显而易见的步骤是找出个体 APOE 等位基因是否会影响患阿尔茨海默病的风险。可以使用一种称为聚合酶链式反应 (PCR) 的技术来区分这些变异。但罗西斯在 PCR 方面几乎没有经验，因此他要求他团队中的博士后测试来自患者和健康对照组的样本。博士后们拒绝了：他们正忙于寻找阿尔茨海默病的潜在基因，而 APOE 似乎不太可能成为候选基因。罗西斯回忆说，实验室里的感觉是“老板又在异想天开了”。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
然后罗西斯与他的妻子安·桑德斯交谈，安·桑德斯是一位擅长 PCR 的小鼠遗传学家。她刚刚生下女儿，正在休产假，所以他们达成了一项协议。“她做实验，我抱着孩子，”他说。在三周内，他们收集了数据，这些数据将推动一系列具有里程碑意义的论文，表明 APOE4 等位基因与阿尔茨海默病风险的大幅增加有关。
二十年后，APOE4 仍然是阿尔茨海默病（最常见的痴呆症形式）的主要遗传风险因素（参见 “风险遗传”）。 遗传一份 APOE4 副本会使一个人患该疾病的风险增加四倍。 拥有两份副本，风险增加12倍。 然而，罗西斯的数据在很大程度上受到批评或忽视。 在几年之内，随着研究人员纷纷涌向研究淀粉样蛋白-β，对 ApoE 的兴趣已经减弱。 少数继续追求 ApoE 的实验室这样做时，面临着来自资助机构和神经科学界的漠不关心，并且缺乏用更大规模的研究验证实验结果所需的资源。
今天，ApoE 蛋白在大脑中的功能仍然大多未知。 这种对如此重要线索的忽视让阿尔茨海默病领域之外的一些人感到困惑。 在德国法兰克福举行的脑疾病论坛上，巴黎巴斯德研究所的自闭症研究员托马斯·布尔吉翁表达了他的困惑。“如果我有一个这样的风险因素，我会紧追不舍。”
但对脂蛋白的兴趣正在回升，部分原因是针对淀粉样蛋白-β 的尝试在主要的临床试验中屡屡令人失望。 制药公司正在从基于淀粉样蛋白的方法中撤退，一些学者已经开始质疑对该分子的关注。 研究人员首次开发出针对 ApoE4 蛋白的药物，并引起了业界的关注。
非营利组织“预防阿尔茨海默病 2020”运动主席兼美国国立卫生研究院阿尔茨海默病相关活动前协调员扎文·哈查图良说：“淀粉样蛋白假说已成为如此强大的科学正统观念，以至于它开始在信仰而非证据的基础上被接受。” 他说，直到最近，“没有人退后一步来询问关于该疾病的基本前提是否正确”。
激烈的竞争
对于罗西斯的发现被忽视的原因，意见不一，但许多人认为时机不佳是其中一个原因。 1991年，约翰·哈迪和大卫·奥尔索普提出了“淀粉样蛋白级联假说”。 该假说认为，阿尔茨海默病是由淀粉样蛋白-β 簇或斑块在大脑中的异常积聚引起的。 其他人纷纷支持这个想法，并且它赢得了该领域迄今为止可用的大部分资金。
但罗西斯并不认同这一理论。“淀粉样蛋白是由于细胞死亡和大脑萎缩而在斑块中积聚的众多物质之一，”他说。“我从来不认为它是原因。” 他这样说可能阻止了其他人调查可能的 ApoE-淀粉样蛋白联系，并无意中在两种假说之间为争夺资金而设置了竞争。 他再也没有获得资助来研究 ApoE。
但 ApoE 研究也存在技术障碍。 这种蛋白质遍布全身，因此很难专门针对大脑中的分子。 阿斯利康位于英国麦克尔斯菲尔德的小分子发现研究负责人梅内拉斯·潘加洛斯说，ApoE 与脂肪结合，因此它倾向于粘附在生化分析中的其他分子上，他长期以来一直对 ApoE 感兴趣。
与此类蛋白质合作需要对脂质生物化学有深入的了解。 华盛顿大学位于密苏里州圣路易斯市的神经学家大卫·霍尔茨曼说：“如果你想研究 ApoE 生物学，你真的需要投入一个实验室来理解这些技术。” 霍尔茨曼就是这样做的，他建立了一个独立的实验室，专门开发在中枢神经系统中处理脂蛋白的技术。
淀粉样蛋白是更容易的目标。 二十年的深入研究已经产生了一系列改变淀粉样蛋白-β 代谢的药物，但这些药物尚未达到预期。 在 2012 年处于 II 期或 III 期临床试验的六种药物中，有一半由于安全问题或缺乏疗效而被放弃。 这是在人口老龄化、医疗保健系统不堪重负以及阿尔茨海默病药物匮乏的背景下发生的。 加州大学旧金山分校格拉德斯通神经疾病研究所所长伦纳特·穆克说：“阿尔茨海默病大型失败试验的数量非常可怕。” “它真的吓跑了大型制药公司。”
[休息]
目前正在阿尔茨海默病患者以及患病风险高但尚未出现症状的个体中测试其余三种针对淀粉样蛋白-β 的候选药物。 影像学研究表明，高风险个体的大脑在阿尔茨海默病发病前几十年看起来和行为方式与对照组不同，并且远早于他们开始积累淀粉样蛋白-β 或失去灰质。 这些试验将检查这些药物是否能预防或延缓疾病的发生； 它们预计将在未来六年内完成。 该领域——包括学术界和行业代表——越来越感觉到，这些努力是淀粉样蛋白假说的最后机会。 在这些担忧中，聚光灯又回到了 ApoE。
穆克说，如果预防试验失败，学术界将有责任用可靠的临床前和早期临床数据来说服公司重返谈判桌。 他乐观地认为，ApoE 研究人员可能很快就会拥有这种影响力。 尽管该领域存在障碍，但人们对 ApoE4 如何增加风险的新理解正在兴起，霍尔茨曼和穆克的团队通过他们开发的转基因小鼠（表达人类形式的 ApoE）对此进行了探索。
该分子似乎通过两条不同的途径促进阿尔茨海默病，其中一条途径是淀粉样蛋白依赖性的。 在动物和人类中，与长期以来被认为是阿尔茨海默病风险“中性”形式的 ApoE3 相比，ApoE4 强烈促进大脑中淀粉样蛋白-β 的沉积。 被认为是保护形式的 ApoE2 减少了积累。 “这些数据令人信服，”霍尔茨曼说。
另一种机制不涉及淀粉样蛋白。 当神经元处于压力之下时，它们会产生 ApoE 作为修复机制的一部分。 “不良” ApoE4 形式倾向于分解成有毒片段，这些片段会损害细胞的能量工厂（线粒体）并改变细胞骨架。
霍尔茨曼说，这两种途径对阿尔茨海默病风险的相对贡献尚不清楚，但他和其他人认为，将有害形式的 ApoE 转变为危害较小的形式可能被证明是一种有希望的治疗方法。 在格拉德斯通，心血管科学家罗伯特·马利与包括神经科学家黄亚东在内的团队合作，已经确定了可以修饰 ApoE4 蛋白结构使其更像 ApoE3 的小“校正子”分子，从而减少异常片段化。
在细胞培养中，低浓度的这些校正子分子可以减少线粒体损伤和神经元功能障碍。 现在正在一系列动物模型中更严格地测试它们。 如果这些分子最终被证明对人类安全有效，穆克预见到有一天医生会为被认为有患阿尔茨海默病风险的人开出这些药物，就像他汀类药物被提供给那些胆固醇高和心血管疾病风险升高的人一样。
超越
此类药物也可能对阿尔茨海默病以外的疾病产生影响。 穆克说：“线粒体损伤假说为 ApoE4 为什么会做坏事提供了一个相当合乎逻辑且简约的解释，”“不仅在阿尔茨海默病的背景下，而且可能在其他疾病中也是如此。” 有证据表明，它可能是帕金森病和癫痫的风险因素。 它还与脑损伤后不良结局的风险增加以及未经治疗的 HIV 感染的更快进展有关。 十五家生物技术公司已经与格拉德斯通合作开发这些和类似的药物。
尽管无法获得资助，但罗西斯从未放弃 ApoE。 但在他的团队发现 ApoE 和阿尔茨海默病之间的联系几年后，他厌倦了为资金进行的持续斗争。 他离开了学术界，在工业界工作了十年——在那里他继续研究 ApoE 以及其他事情——然后在 2008 年回到杜克大学。
2009 年，他的团队描述了位于 19 号染色体上 APOE 旁边的名为 TOMM40 的基因中的一段非编码 DNA。 这段 DNA，以简写 523 为人所知，长度各不相同。 523 的长度可以决定 TOMM40 和 APOE 的表达程度。
罗西斯说，这一发现很重要，因为 TOMM40 编码的蛋白质 Tom40 对健康的线粒体至关重要。 Tom40 在线粒体外膜中形成一个通道，用于导入蛋白质。 如果没有这些蛋白质，线粒体就无法在其整个生命周期内正常分裂。 罗西斯说：“这是一个已经为人所知十年之久的重大影响，”“但这在阿尔茨海默病领域并不广为人知。”
罗西斯继续建议可以利用 523 来开发疗法和改进阿尔茨海默病风险的测试。 大多数人如果活得足够长都会患上阿尔茨海默病，但只有约 25% 的人携带 APOE4 等位基因。 因此，APOE4 的预后测试永远只能提供部分信息。 但罗西斯说，对 APOE 和 TOMM40 进行基因分型可以提供有关更广泛人群的信息。 例如，他的团队发现，APOE3——迄今为止人类中最常见的 APOE 等位基因——通常与短或非常长的 523 片段一起遗传。 在那些遗传了两个 APOE3 等位基因的人中，发病年龄因他们也遗传的两种 523 变体的组合而异。
其他实验室发现了支持罗西斯假设的证据，但一些尝试复制他的 TOMM40 发现的尝试失败了。 2012 年，现在在伦敦大学学院的哈迪和他的同事，遗传学家丽塔·格雷罗写了一篇评论文章，其中他们认为 TOMM40 并没有独立影响阿尔茨海默病风险。
罗西斯对他的假设的信念并没有动摇：他相信他对他的发现有一个合理的机制解释。 他说，未能重现他的结果的全基因组研究缺乏足够的力量来揭示 TOMM40 与阿尔茨海默病之间的关联。 哈查图良说，尚未对罗西斯的发现进行适当的测试——在更大的患者队列中使用罗西斯的方法。
罗西斯希望很快能够用更多的临床数据来支持他的发现，并成立了一家名为 Zinfandel Pharmaceuticals 的公司，部分资金来自他自己的资金。 Zinfandel 目前正与位于大阪的日本制药公司武田共同资助一项名为 TOMMORROW 的 III 期试验，该试验将检验他的想法。 TOMMORROW 预计将运行约 5 年，并将招募近 6,000 名健康的老年人。 它将评估一种基于年龄、APOE 和 TOMM40 的风险评估算法。
该试验还将调查低剂量的吡格列酮（已获准以高得多的剂量用于某些 2 型糖尿病患者）是否可以延缓算法认为患阿尔茨海默病高风险个体的疾病发作。 来自动物和小规模人体研究的证据表明，吡格列酮可能预防或逆转阿尔茨海默病相关的病理和症状。 罗西斯认为它可能是通过刺激线粒体分裂来实现这一点的。
正在进行的试验可能会产生重大影响，即使没有产生治愈方法：研究表明，即使一项干预措施可以将阿尔茨海默病的发病时间延迟仅 2 年，50 年后，美国患该疾病的病例也将比原先预计的减少近 200 万例。 未来几年内获得的结果可能会迫使研究人员重新评估他们对痴呆症的理解。 哈查图良说，现在是时候认识到它的本质了：复杂、相互作用的生理系统的失败。 孤立地看待任何一个系统——即使是涉及 ApoE4 的系统——也不太可能完全解释行为的变化。 “该领域将认识到当前方法的局限性并退后一步，”他说。“如果我们对自己诚实，我们将开始开辟新的方向。”