神经压力:压力如何加剧神经退行性疾病

紧张的生活可能会加速阿尔茨海默病的发生


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2007年,詹姆斯·沃森第一次审视了自己的基因组。经过50多年的科学和技术进步,沃森看到他曾帮助解开的化学结构现在融合到他面前的个人基因图谱中。

然而,在第19号染色体上,有一小段核酸链,他更愿意将其隐藏起来,这一区域编码载脂蛋白E基因。APOE,正如它所称,一直是阿尔茨海默病风险的明显遗传标志,自90年代初以来,与该疾病密切相关。沃森的祖母患有阿尔茨海默病,在没有任何合理的治疗方法或合适的预防策略的情况下,DNA之父认为该信息过于不稳定,其揭示造成的潜在危害大于好处。

沃森的担忧是合理的。阿尔茨海默病的治疗一直失败,有时甚至很惨。但是,随着我们对大脑的了解越来越多,很明显,仅靠遗传很少能决定疾病的进程。相反,脑部疾病是我们的基因和我们所接触的环境之间复杂相互作用的结果。现在,最近的一波研究揭示了神经退行性疾病的另一个因素:压力。

虽然科学家已经编目了我们周围环境对心理状况(包括抑郁症和焦虑症)的影响,但新的研究表明,压力也可能影响到决定某人是否会患上神经退行性疾病的复杂因素。由于可以通过改变生活方式来减轻压力,人们可能最终可以控制这些破坏性的、令人恐惧的疾病。

自从阿洛伊斯·阿尔茨海默在二十世纪初首次记录了他的患者的“早老性痴呆”临床发现以来,医生们一直在观察到该疾病倾向于在家族中传播。但是直到90年代初,由玛格丽特·佩里克-万斯领导的一个团队(当时是杜克大学医学院的研究员)才发现了与阿尔茨海默病的遗传联系。通过提取循环淋巴母细胞中的DNA,佩里克-万斯及其同事能够将阿尔茨海默病与第19号染色体上APOE基因的变异联系起来

大约在同一时间,由布伦达·普拉斯曼领导的杜克大学精神病学和行为科学系的另一组研究人员开始进行一系列实验,以查看非遗传因素是否会导致阿尔茨海默病。他们想知道:一个人的环境是否也会影响他们是否会患上该疾病?

普拉斯曼说,在研究同卵双胞胎时,研究人员可以筛选这些问题。如果疾病纯粹由遗传驱动,那么当一个双胞胎患上该疾病时,另一个双胞胎也会患上。普拉斯曼的团队梳理了美国国家科学院和国家研究委员会收集的数据,这些数据汇集了一大批男性二战退伍军人,他们都是同卵双胞胎。在2000年2月,普拉斯曼及其同事报告说,虽然遗传因素在很大程度上解释了阿尔茨海默病的发生,但它不能解释一切。其他因素也在起作用,此后普拉斯曼的小组一直在研究该疾病是否可能取决于微妙的医疗状况、职业特征或身体活动水平。

紧随其后,由加州大学圣地亚哥分校的马克·图申斯基领导的一个研究小组转向研究非人类灵长类动物,以探索不同的环境如何影响该疾病的发展。在2011年1月的《衰老神经生物学》杂志上,该团队报告了一个惊人的关联:动物笼子的大小,以及动物在较小围栏中所承受的随之而来的压力,可能会影响动物随着年龄的增长大脑如何衰退。通过编目早期生活经历对未来大脑健康的影响,研究人员可以开始对认知能力下降和阿尔茨海默病进展的非遗传成分进行分层,从而辨别压力是否会对大脑投下不祥的阴影。

在图申斯基的研究中,一组猴子(对照组)饲养在标准尺寸的笼子里。另一组饲养在笼子里,这些笼子太小,以至于猴子无法进行足够的锻炼,并且正如其他灵长类动物研究所证实的那样,往往会给动物带来压力,从而提高它们体内循环的糖皮质激素水平。

压力相关的糖皮质激素(灵长类动物中的皮质醇和啮齿动物中的皮质酮)已被证明会减少突触的数量,从而改变脑细胞彼此交流的方式。大脑的多个区域都有糖皮质激素的受体,这可以解释这些激素如何对神经元产生影响。

通过使用粘附在大脑特定结构上的特殊蛋白质,图申斯基的团队测量了突触的相对数量,以及每只猴子中形成的粘性淀粉样蛋白斑块的数量,这两者都是认知能力的持久标志,并且经常用于对阿尔茨海默病进行分类。在较小笼子里饲养的猴子平均具有较高的斑块密度和较低的突触数量,这与阿尔茨海默病患者死后观察到的大脑病理相同。

或多或少,所有在正常尺寸笼子里饲养的灵长类动物都有相同数量的斑块。另一方面,小时候被安置在较小笼子里的猴子,它们的斑块水平变化更大,这表明压力可能会以不同的方式影响个体。对于某些人来说,它是有害的,而另一些人似乎则坦然接受。

显然,这些结果仅提供了早期生活经历与认知功能指标之间的相关联系,这是一种回顾性的观察,暗示压力可能不仅仅是一种情绪负担。但是,正如普拉斯曼指出的那样,我们不知道作者观察到的大脑变化是否转化为真正的认知滑坡。图申斯基的团队报告说,他们根本无法对该特定实验进行认知功能测试,因为一些年长的猴子在死亡前几周才被带到他们那里。

虽然压力与阿尔茨海默病之间的因果关系仍然难以捉摸,但大量研究表明,适度的压力实际上会使神经退行性疾病的症状恶化,不仅在阿尔茨海默病中,而且在帕金森病的动物模型中也是如此。

2010年3月,休斯顿大学的卡里姆·阿尔卡迪领导的研究小组使用了阿尔茨海默病的“高风险”模型,其中将淀粉样蛋白肽(与患者体内形成的斑块相同的分子)注入大鼠体内,但剂量非常低,不会引起任何症状。然后,研究人员通过将一只入侵的大鼠放入它们的笼子中来给一些动物施加压力,该模型先前已证明大鼠血液中的皮质酮含量大幅增加。通过将啮齿动物分为四组,该团队能够梳理出亚临床剂量的淀粉样蛋白肽和压力治疗是独立起作用,还是协同起作用,以使动物的认知能力恶化。

研究人员确定了每组大鼠学习和记住新任务的能力,方法是在啮齿动物的水迷宫中隐藏一个看不见的平台。通常,经过几次尝试,大鼠会记住平台的位置,并且在随后的几天里毫不费力地游到那里。只有一组学习新任务(并记住其位置)有困难:既接受淀粉样蛋白剂量又经常感到压力的动物。阿尔卡迪的结果表明,仅慢性压力不会改变长期记忆。同样,通过给动物服用淀粉样蛋白肽来使其面临患阿尔茨海默病的风险,不会影响它们的学习能力。但是,慢性压力似乎会将高风险动物推向边缘,使其不太可能学习和记住新事物。

阿尔茨海默病的特征是大脑中负责记忆和一般认知功能的区域发生神经退行性变,而帕金森病患者主要有运动困难,因为他们失去了产生多巴胺(一种对自主运动至关重要的化学物质)的特殊脑细胞。但是,尽管病理学和症状有所不同,莱斯布里奇大学的格琳德·梅茨实验室进行的研究表明,潜在的压力可能会以同样的方式加速该疾病的进程。

为了创建一个帕金森病的大鼠模型,梅茨的团队通过将一种有毒的、杀死细胞的药物注入富含多巴胺神经元的区域,从而在大鼠的大脑中诱发了化学损伤。此外,在实验的几周内,每天将一些动物放在有机玻璃管中20分钟,使其承受慢性压力,已知该程序会暂时提高大鼠的压力激素水平。第三组大鼠直接注射了皮质酮,这在实验期间始终保持了动物的压力激素升高。然后,盖茨的团队使用了一系列行为测试,包括熟练的伸手运动,在这种运动中,大鼠必须将爪子滑过测试室的一个狭窄开口,以评估动物的运动功能。

梅茨的帕金森病模型是短暂的,通常情况下,接受化学损伤的大鼠的运动能力会随着时间的推移而自发改善。但研究人员表明,即使是适度的压力也可能有害:皮质酮水平升高的动物——无论是因压力环境而短暂升高,还是因激素注射而长期升高——在其他动物恢复很久之后,仍然在熟练的抓取任务中遇到困难。

通过这些发人深省的研究,医生和内科医生逐渐认识到,压力不仅仅是一个情绪问题,它比短暂的精神负担更深层。我们的大脑在我们的一生中不断地重塑自身,并且受到积极和消极经历的强烈驱动。而且似乎在某些情况下,压力是一种拮抗剂,确实可以在我们的大脑中留下不可磨灭的印记。

但与我们习惯听到的关于阿尔茨海默病和帕金森病的悲观论调(令人沮丧的研究结果,或最新的分子氪石药物试验再次失败的新闻片段)形成鲜明对比的是,这些报告强调了神经退行性疾病的环境因素,而这至少是可以控制的。正如许多高胆固醇水平的人现在采取先发制人的行动来预防心脏病一样,将来有一天,人们可能会利用他们的APOE状态,例如,在他们的生活中做出其他必要的积极改变。

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