Alzheimer's Disease Vaccine
Introduction of Alzheimer's disease
Alzheimer’s disease是一種常見的腦部疾病，俗稱老年癡呆症。此疾病會造成腦部神經細胞逐漸死亡，多發生於老年人。據統計，女性比男性罹患者為多，在65歲以上有11%、80歲以上有50%會出現病症。病徵多為判斷力異常、人格特質異常、情緒行為改變、無法操作熟悉事物、記憶及語言能力喪失，在出現病徵之後，行為能力會逐漸喪失，需要旁人協助其日常必須生活。其症狀自病發會持續1-25年，並且越來越嚴重。Alzheimer’s disease在世界上影響超過數百萬人，成為巨大的社會成本。
1907年Alois Alzheimer發表一位女性痴呆症患者的腦組織呈現廣泛的腦部皮質層萎縮，神經細胞衰亡、老化斑(senile plaques)及神經纖維糾結(neurofibrillary tangles)。Alzheimer’s disease被認為和腦部的acetylcholine neurosystem缺陷有關，導致腦部acetylcholine(Ach)濃度下降造成腦部皮層退化，但目前仍無定論。
目前學界廣泛認為Alzheimer’s disease是屬於一種多因性的疾病。在研究統計上，75%的患者非家族遺傳性，和年紀、本身體特質或一些頭部外傷有關。另外25%則具有家族性病史。Schottky等人在1932年報告第一個家族性Alzheimer’s disease，顯示家族性的Alzheimer’s disease可能是顯性遺傳的疾病。1987年Georrge-Hystop et al.以基因連鎖分析的方法發現一群Alzheimer’s disease與21號染色體長臂上的標記連鎖。1991年Goate et al.證實二個家族的Alzheimer’s disease起因於APP(amyloidβprecursor protein)基因上的一個點突變。之後陸續發現其他基因如ApoE, PS-1, PS-2等和Alzheimer’s disease有關。
圖1. Different age of transgenic PDAPP mouse brain
老化斑(senile plaque)是Alzheimer’s disease最明顯的症狀(圖一)，主要出現在腦部海馬體。形成的原因主是由β澱粉蛋白(β amyloid protein，簡稱Aβ)的沈澱及累積。病症越嚴重，老化斑就越大。
根據之前許多報導指出Aβ的前驅物APP gene的突變，造成在APP的processing發生問題，導致Alzheimer’s disease。在正常情況下APP會被α,β-secretase分解成兩個可溶性的片段，但是在Alzheimer’s disease中APP被β,γ-secretase分解產生出不溶性的Aβ，導致在腦部形成不溶性纖維累積及沈澱，形成老化斑。Aβ為一由42個胺基酸所組成的泩汰鏈，其分子量約4kD。在前人研究也證實Aβ會刺激microglia細胞進行apoptosis造成神經細胞數目減少。在之前的研究更證實去除腦部之Aβ可減輕Alzheimer’s disease的症狀。這也成為目前治療Alzheimer’s disease的主要方式。
Diagnosis of Alzheimer's disease
在臨床上對於Alzheimer’s disease的診斷及區分不易，目前主要有以下幾種的檢測方法1.以觀察腦部皮層萎縮作為憑據大多利用Computerized tomography(CT)及Magnetic resonance imaging(MRI)。2.檢測血液中APP之含量。3.最肯定的方法是在患者的腦中出現APP之累積形成之老化斑，但是患者死後才能進行腦部切片。4.目前已有針對Alzheimer’s disease較常突變的基因所製作的DNA晶片(Affymetrix)，作為在基因診斷上的工具。
Treatment of Alzheimer's disease
在研究如何治療一疾病時，最重要的就是建立一個動物模式，所以在治療Alzheimer’s disease時前人便開始建立一轉殖老鼠的模式，主要是將人類的APP基因轉殖到老鼠中，以platelet derived growth factor promoter driven，稱為PDAPP mouse。在圖一可以見到轉殖老鼠隨著年紀的增加，老化斑愈見明顯。進一步可以研究和APP有關的代謝機制、Aβ沈降累積造成老化斑及神經性病源，制定治療Alzheimer’s disease的策略，及新藥的研究基礎。因此以上為基礎所制定的策略有以下幾項:
針對神經傳導物質acetylcholine 的分解酵素Acetylcholinesterase(AchE)製作抑制物，來降低acetylcholine的分解。
2.研究藥物來降低Aβ的沈降累積，減輕老化斑的症狀。
3.設計一Aβ專一性的疫苗，來預防，減輕老化斑，達到治療Alzheimer's disease。
Development of Alzheimer's disease Vaccine
在前人的研究中指出以常用的抗原攜帶蛋白(antigen carrier) KLH及Aβ作為免疫源打入正常老鼠及轉殖老鼠中，發現在年紀輕的老鼠中(圖2a)，以水迷宮實驗(常用於老鼠或其他動物的認知、記憶能力的測試)發現並無顯著差距，但在年紀較長的老鼠中則可以見到以Aβ作為免疫源施打的老鼠相較於以KLH為免疫源施打的老鼠來的好，正常的老鼠依然正常(圖2b)。以不同突變的老鼠作為實驗材料亦可見到相同的結果(圖2c,空白為KLH, 實心為Aβ, 格線為無施打的)。
圖2.以水迷宮實驗測試KLH及Aβ作為免疫源在不同年紀老鼠的情況
再以人體內其他種類的APP及Aβ作為免疫源進行施打，可以由圖3知道，隨著老鼠年紀愈大認知及記憶能力愈來愈差。同時以其他的APP作為免疫源效果不佳。證明老化般的症狀，會以Aβ作為免疫源可以降低Alzheimer’s disease的症狀。
圖3. IAPP及Aβ作為免疫源在不年紀老鼠中水迷宮實驗的結果
進一步在圖4更證明以Aβ作為免疫源的的老鼠其血清中具有專一性的抗體可以辨識老鼠腦中的老化斑，但是沒有注射感染源的老鼠血清及以IAPP作為感染源的老鼠並無專一性的抗體。
圖4. IAPP及Aβ作為免疫源的老鼠血清中抗體與鼠腦老化斑結合情況
此外以Aβ及IAPP作為免疫源的老鼠中其腦中的老化斑的比較中可以看到Aβ免疫的老鼠在大腦皮層及海馬體中的老化斑相較IAPP免疫的老鼠老化斑下降許多(圖5a.b)，在腦部切片(圖5c,d)中亦可看到。
圖5. 以IAPP及Aβ免疫老鼠後之老化斑累積及鼠腦抹片
另外在Aβ專一性的抗體部份有實驗室針對Aβ累積消除的情況篩選出一些具有中和能力的單株抗體(圖6)。
圖6.利用根Aβ鼠腦累積的情況篩選專一性單株抗體
根據圖7，作者使用具有中和能力的3D6及10D5兩單株抗體，研究此二單株抗體，在圖7a上層為專一性單株抗體以anti-mouse antibody 染色後的情況，下層為老化斑的區域，可見專一性的抗體的確會進入腦部皮層作用在老化斑的部份，在作用3天及35天後可見原本的老化斑已經較原來稀疏，證實專一性的抗體可以消除原先以累積的老化斑(圖7b,c)。
圖7. 單株抗體作用位置及消除老化斑累積之情況
在已經出現老化斑的老鼠以專一性抗體及PBS進行治療六個月後，在鼠腦的切片(圖8)中可看到治療後顯著的效果。
圖8.以PBS及Aβ專一性抗體治療發病老鼠6各月之鼠腦抹片結果
Discussion
許多人受到Alzheimer’s disease 的影響造成個人、家庭及社會重大的負擔，但大家對此疾病的起因、發病機制卻仍有許多不明白。在數十年來Alzheimer’s disease 只能以藥物進行治療，但效果不甚顯著。近年來在Science及Nature等期刊中開始報導有人以疫苗的方式來治療及預防Alzheimer’s disease ，並且結果是肯定的。以免疫的策略除去形成老化斑的Aβ的確有效的在實驗老鼠上看到對於Alzheimer’s disease所產生的症狀有改善。同時更進一步證明以注射抗體的被動免疫法即可以對於症狀有減輕效果。
許多人對發展Alzheimer’s disease的疫苗感到無比欣喜，認為是治療Alzheimer’s disease的最好方式，但同時也有人持保留的態度，但是總而言之這可能是一個有效且具發展性的方法，目前正期待各實驗團體能有效發展可用於治療Alzheimer’s disease的人用疫苗，以治癒世上的眾多患者。
Reference
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