空气污染脑退化快?铁粒子或诱发阿兹海默症

医句话:

目前医学界在失智症或阿兹海默症患者的大脑内发现有着β类淀粉蛋白和涛(Tau)蛋白,后两者相信是破坏脑细胞之间的沟通并导致细胞死亡的原因。研究发现,铁粒子与阿兹海默症中的类淀粉蛋白斑块和神经元纤维缠结有关。

无需动刀 影像工具“看透”大脑

“人类总希望能永远活着,希腊神话中奥林匹斯众神通过‘众神的食物’(The Food of the Gods)获得不朽,历史中秦始皇派人寻觅长生不老仙药,皆是如此。再瞧瞧如今的我们,谈的都是长寿秘诀丶逆转衰老丶抗衰老。然而人类的老化是无法避免的,但我们可以思考如何放慢老化的速度。

如今,人类的寿命已经大幅度延长,活到90多岁是常见的,人类因而意识到研究失智症的需要。因为,若一个人在60岁开始患有失智症,社会该如何在他接下来活着的30年甚至40年内,去支持他?

然而,大脑实际上是人类尝试理解的最后一个器官,因为它是如此的精密而复杂,我们对它的理解,并不如心脏丶肝脏等其他器官。

过往,诊断阿兹海默症的唯一方法,是在患者死后对其大脑进行解剖,并在其脑中看看是否有类淀粉蛋白斑块(amyloid plaques)。

1896年,德国物理学家伦琴(Wihelm Conrad Roentgen)发明了X射线,后来医学界也不断研发出更多的医学影像工具,让人类可以在不切割身体的情况下观察身体内的器官,其中包括大脑。

目前的医学影像工具可分成解剖学影像(anatomical imaging,或称结构性影像)丶功能性影像(functional imaging)和分子影像(molecular imaging),除了在解剖学上观察人体构造,也可观察人体器官的功能性以及体内各种分子如蛋白质的变化。

如今,医学界在临床上通过医学影像了解大脑的结构性丶功能性和分子变化,以此协助评估失智症。

检测脑萎缩及缺血区域

首先,我们可以使用电脑断层扫描(Computed Tomography,CT)和磁力共振造影(Magnetic Resonance Imaging,MRI)这两种影像工具来取得大脑的结构性影像,用于观察大脑组织的结构,以检测肉眼可见的脑萎缩(brain atrophy)或局部缺血(ischaemia)的区域。

《2016年研究生医学期刊》(Postgraduate Medical Journal 2016)中一篇名为《失智症的大脑影像》的研究报告中指出,在阿兹海默症患者的MRI影像中,发现其右海马回(right hippocampal,负责学习与记忆)发生萎缩,而在语意失智症(semantic dementia)患者的MRI影像中,发现其左脑颞叶前端(left temporal pole,负责声音和语言理解)发生萎缩。

放射科医生就是通过类似如此的模式识别(pattern recognition),即比较正常人与失智症患者的大脑结构,来学习如何诊断失智症。

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黄群雄教授(Ng Kwan Hoong)
医学物理博士


观察脑血流及葡萄糖代谢程度

接着,我们可以使用核医学影像(nuclear medicine)技术来观察脑组织的功能性,比如使用脑血流断层扫描(99mTc-HMPAO Single Positron Emission CT,HMPAO SPECT)或氟去氧葡萄糖脑部正电子断层扫描(18F-FDG Positron Emission Tomography,FDG PET)。

脑组织需要吸收养分如氧气或葡萄糖才能发挥其功能,核子医学影像技术是指将放射性示踪剂(radioactive tracers)注入大脑,让健康的脑组织吸收,再通过正电子断层扫描(Positron Emission Tomography,PET)这个影像工具来检测放射性示踪剂释出的伽马(γ)射线,我们便可从此‘标签’出大脑内的各种代谢讯息,以此反映脑组织的功能状况。

比如HMPAO-SPECT可以显示脑血流的程度,这项观察是非常重要的,因为如果没有血流,脑组织就会萎缩或死亡。而FDG-PET则用来观察和分析大脑中葡萄糖代谢的情况,这项观察也很重要,因为大脑是需要葡萄糖来运转的。

现有研究显示,阿兹海默症患者大脑中的后扣带回皮质(posterior cingulate cortex)及双顶叶皮质(biparietal cortex)有葡萄糖代谢减少的情况。

斑块缠结阻脑细胞沟通

分子影像同样通过放射性示踪剂来观察大脑中特定的分子,比如现今医学界在临床试验中,通过PET来标记类淀粉蛋白斑块,以此证明阿兹海默症患者脑内的类淀粉蛋白斑块的水平。举例,2004年匹兹堡大学研发利用Pittsburgh Compound-B(一种示踪剂)来进行PET以观察阿兹海默症患者脑内的类淀粉蛋白斑块。

目前医学界在失智症患者或阿兹海默症患者的大脑内发现有着β类淀粉蛋白(Beta-amyloid)和涛蛋白,它们被相信是破坏脑细胞之间的沟通并导致细胞死亡的原因。

大脑中的突触(synapse)是神经元(neuron)之间通信的接头,由突触前膜(pre-synaptic)和突触后膜(post-synaptic)组成,生物信号可以从突触前膜经突触传递到突触后膜。当β类淀粉蛋白大量堆积形成斑块(plaques),以及涛蛋白形成的神经元纤维缠结(neurofibrillary tangles),这两者都会阻挡突触传送信号。

结合AI技术 提早6年揪疾病

现今我们都强调个性化的精准医学(precision medicine),也希望能够更早的预测到疾病什么时候会发作,影像组学(radiomics)其实是其中一种途径。影像组学指的是通过分析大量的医学影像,以为某种疾病找到它在影像学上的表现特征或标记物。

接着,影像组学再搭配基因组学(genomic),两者融合成为影像基因组学(radiogenomic),意指除了影像学研究,还需通过观察组织病理学和基因序列或突变,两者一同寻找更多的生物标记物(biomarkers),以达致更为精准的医学。

此外,我们还需要结合人工智慧(Artificial Intelligence,AI)来协助进行大量的分析。比如,《放射学期刊》(Radiology)于去年刊登了一篇研究报告,该研究通过结合FDG PET与深度学习算法(deep learning algorithm,一种AI技术)来为阿兹海默症进行早期疾病预测。结果发现,这个预测算法在100%敏感度(sensitivity)下达到82%的特异度(specificity),并在患者得到最终诊断之前的平均75.8个月,相当于6年前,就做出了正确的早期疾病预测。

然而,这些讯息目前仍没有一个明确的固定定义,它们都是医学界正在试图理解的东西,即使是一些医学专家也未必认同。”

大脑2问:女性更易失智

问1:女性的大脑真的与男性不同吗?
答:有趣的是,《美国国家科学院院刊》(PNAS)于今年年头刊登了一篇关于男女代谢性脑年龄(metabolic brain age)的研究报告,该研究通过PET发现女性的大脑比男性的大脑年轻3.8岁,当然这项研究比较的只是男女大脑的新陈代谢功能。

然而,《阿兹海默症与失智》(Alzheimer's & Dementia)期刊去年刊登的一篇研究报告指出,女性脑中的β类淀粉蛋白的沉积比男性来得多,因此认为女性认知能力的下降幅度大于男性。该研究得到的结论为,性别可能扮演着改变阿兹海默症认知能力下降幅度的角色。

另外,美国医学会《神经病学期刊》(JAMA Neurology)于今年年头刊登的一篇研究报告指出,女性大脑内的内嗅皮质(entorhinal cortex)中的涛蛋白水平高于男性。

问2:听说铁粒子(iron particle)也会跑进人类大脑中?
答:过往,当人类死亡时,可以在他们的脑中发现这种铁粒子,但它们是如何进入大脑的目前仍没有人知道。至今,已有许多研究探讨脑内铁粒子(Fe3O4)与大脑退化性疾病的关联性,更有研究发现铁粒子与阿兹海默症中的类淀粉蛋白斑块和神经元纤维缠结有关。

民众熟悉脑电波检查(electroencephalography),其实现今也有脑磁图检查(magnetoencephalography),以非入侵的方式来测量人脑中的铁粒子。《人类大脑图谱期刊》(Human Brain Mapping)于去年曾刊登一篇研究报告,该报告测量了11名健康男性,发现他们脑中的铁粒子的质量介于0微克(μg)到12微克,同时铁粒子都聚集在大脑的海马回区域。该研究推断,铁粒子的质量会随着年龄的增长而增加,他们同时推断,患有阿兹海默症的男性长者,其脑中的铁粒子的质量可能大于20微克。

这就是所谓的生物标记物,它将在这个疾病的进展和临床护理上提供重要的线索。

**温馨提醒:文章与广告内提及产品丶服务及个案仅供参考,不能作为看诊依据,须以医生的意见为主。

 

文章来源:
医识力.笔录:曾咏邰.2019.06.13
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