הפגיעה בכלי הדם הקטנים במוח היא אחד המאפיינים המרכזיים של אלצהיימר, והיא בולטת במיוחד אצל נשאי הגן APOE4. אבל מה שמניע אותה נותר במשך שנים בגדר חידה, ורבים ראו בה תוצאה מאוחרת של המחלה ולא תהליך שתורם להתקדמותה. שני מחקרים של חוקרים מבית הספר לרפואה אייקן של "מאונט סיני" בניו יורק, שראו אור בימים האחרונים בכתבי העת Cell ו-Cell Stem Cell, פתרו חלק מהחידה: הם זיהו שני מסלולים שבהם הגן פוגע במוח, ובאחד מהם גם הצליחו להפוך את הנזק, לפחות בעכברים.
כלי הדם הקטנים במוח עטופים בתאים שנקראים פריציטים (Pericytes). תפקידם לייצב את כלי הדם ולסייע בשמירה על מחסום הדם-מוח, שמגן על רקמת המוח מפני חומרים מזיקים שבדם.
במחקר שפורסם ב-Cell איחדו החוקרים שלושה מאגרים קיימים של נתונים על הפעילות הגנטית של תאים בודדים ברקמות מוח של מתים, ובנו מפה מפורטת של הפעילות הגנטית בכ-66 אלף תאים ממערכת כלי הדם במוחם של 220 בני אדם. קבוצות הנשאים והלא-נשאים הותאמו זו לזו בגיל, במין ובאבחנת אלצהיימר. אצל נשאי APOE4 נמצאו פחות פריציטים, ובמקביל בלטה אוכלוסייה חריגה של תאים שהפעילו בו-זמנית תוכנית גנטית של התכווצות ותוכנית של ייצור חומר בין-תאי. השילוב הזה מאפיין מיופיברובלסטים, התאים שאחראים להצטלקות של רקמות ואיברים שנפגעו.
צביעות של רקמה מההיפוקמפוס, אזור במוח שחיוני לזיכרון, אישרו את התמונה: אצל הנשאים כלי הדם היו עטופים בפחות פריציטים, ותאים מהסוג הזה התפזרו ברקמה עצמה, מחוץ לכלי הדם. APOE4 היה המנבא החזק ביותר לכמות התאים האלה, בלי קשר לשאלה אם האדם חלה באלצהיימר ובלי הבדל בין גברים לנשים.
החוקרים שחזרו את הממצאים בשתי מערכות נוספות: עכברים שהגן APOE שלהם הוחלף בגרסה האנושית של הגן, ו-miBrains, רקמת מוח אנושית תלת-ממדית שפיתחה המעבדה של פרופ' ג'ואל בלנשרד, פרופסור חבר למדעי המוח ולביולוגיה של תאי גזע, שהוביל את שני המחקרים. הרקמה גדלה מתאי גזע שהופקו מתאים בוגרים באמצעות תכנות מחדש, והיא כוללת את סוגי התאים המרכזיים במוח, ובהם תאי עצב, תאי תמיכה ותאים שיוצרים כלי דם. המבנה הזה מאפשר לחוקרים לקבוע מראש אילו סוגי תאים יישאו איזו גרסה של הגן.
"ב'מאונט סיני' אנחנו יוצרים miBrains מתאים של מטופלים ומקפיאים אותם", הסביר פרופ' בלנשרד. "זה יאפשר מחקרים מותאמים אישית על האופן שבו מחלות ניווניות מתפתחות ועל התגובה של כל אדם לטיפולים".
הבעיה מתחילה בתוך כלי הדם
היכולת לקבוע אילו תאים יישאו את גרסת הסיכון אפשרה לחוקרים לבדוק איזה תא אחראי לשינוי. כשהחליפו ברקמה עם APOE4 את התאים העוטפים את כלי הדם בתאים עם APOE3, הגרסה הנפוצה של הגן, כיסוי הפריציטים חזר והתאים יוצרי הצלקות הצטמצמו. כשעשו את ההפך, והכניסו תאים עוטפים עם APOE4 לרקמה שכל שאר תאיה נשאו APOE3, התופעה הופיעה גם בה. כלומר, נוכחות הגן בתאים העוטפים עצמם הייתה הכרחית לשינוי, והספיקה כדי לחולל אותו.
מעקב לאורך זמן הראה שמדובר בתהליך הדרגתי. בגיל שלושה חודשים לא נמצא הבדל בהרכב התאים העוטפים בין עכברים נשאי APOE4 לעכברים עם APOE3, אבל בגיל 12 ו-24 חודשים ניכרו אצל הנשאים אובדן הדרגתי של פריציטים ועלייה בתאים יוצרי הצלקות. ברקמות מוח של בני אדם, תאים שנתפסו באמצע המעבר בין שני המצבים היו נפוצים יותר דווקא אצל נשאים שלא חלו באלצהיימר מאשר אצל נשאים חולים. לפי החוקרים, הממצא מרמז שהפגיעה בכלי הדם עשויה להתחיל עוד לפני שמופיע הנזק הנוירולוגי המובהק.
התאים יוצרי הצלקות הפרישו קולגן ובעיקר פיברונקטין, חלבון מבני שהצטבר לאורך דפנות כלי הדם. ברקמות המעבדה עם APOE4 הצטבר סביב כלי הדם יותר עמילואיד, החלבון שמצטבר במוחם של חולי אלצהיימר ושהתרופות החדשות למחלה (לקמבי ו-Kisunla) מכוונות אליו. כשהחוקרים השתיקו את הגן לפיברונקטין בתאים העוטפים, הצטברות העמילואיד פחתה. בניסוי נוסף, תאי כלי דם שנחשפו לעמילואיד יחד עם פיברונקטין צברו יותר עמילואיד מתאים שנחשפו לעמילואיד בלבד. לפי החוקרים, השילוב של כלי דם מצולקים ועמילואיד שהצטבר סביבם עלול לפגוע בזרימת הדם למוח ולתרום לנזק לתאי העצב.
הקשר לפיברונקטין הופיע גם במוחם של חולים. באחד ממאגרי הנתונים נבדקה פעילות הגן לפיברונקטין בתאים העוטפים את כלי הדם במוחם של חולי אלצהיימר: ככל שהגן היה פעיל יותר, החולים אובחנו בגיל צעיר יותר, ואצל החולים עם הנזק המוחי הכבד ביותר נמצאה פעילות גבוהה יותר של הגן.
גם ממצא גנטי קודם מחזק את התמונה. לא כל נשאי APOE4 חולים באלצהיימר, ומחקר שחיפש מה מגן על חלקם מצא שגרסה של הגן לפיברונקטין, שפוגעת בתפקודו, מפחיתה את הסיכון למחלה בכ-71%. כלומר, דווקא נשאים שהגן לפיברונקטין שלהם פועל פחות טוב מוגנים יותר.
המתג שאפשר לכבות
ניתוח חישובי הצביע על המניע של השינוי, וניסויים אישרו אותו: מסלול האיתות של TGF-בטא, חלבון שמעורב בשיקום רקמות וידוע כמעודד הצטלקות. בתאים עם APOE4 המסלול היה פעיל יותר. ברקמות המעבדה, שני חומרים ניסיוניים שונים שחוסמים את הקולטן ל-TGF-בטא החזירו את כיסוי הפריציטים, והורידו את רמות הפיברונקטין והעמילואיד סביב כלי הדם לרמות שנמדדו ברקמות עם APOE3. כלומר, כשהחוקרים "כיבו את המתג", התהליך התהפך: תאי השמירה חזרו לעטוף את כלי הדם, וההצטלקות והעמילואיד סביבם ירדו לרמות של רקמה בלי גרסת הסיכון של הגן.
השלב הבא נעשה בעכברים מבוגרים, בני שנה, שנשאו את הגן. אחרי ארבעה שבועות של זריקות יומיות של חומר ניסיוני שחוסם את המסלול, כלי הדם שלהם היו עטופים ביותר פריציטים, ורמות הפיברונקטין והעמילואיד ברקמת המוח היו נמוכות יותר לעומת עכברים שקיבלו תמיסה בלי החומר הפעיל.
המחקרים החדשים מציעים תקווה לחולי אלצהיימר בעתיד, אך הדרך ליישום הממצאים עדיין ארוכה
(צילום: shutterstock)
"הנזק לכלי הדם של המוח אינו רק תוצאה מאוחרת של מחלת האלצהיימר. זה תהליך ביולוגי פעיל שנגרם על ידי הגן APOE4, וייתכן שאפשר להפוך אותו. הממצאים חושפים מטרות טיפוליות חדשות לשימור תפקוד כלי הדם ולהגבלת הצטברות העמילואיד", אמר פרופ' בלנשרד.
פרופ' בלנשרד: הנזק לכלי הדם של המוח אינו רק תוצאה מאוחרת של מחלת האלצהיימר. זה תהליך ביולוגי פעיל שנגרם על ידי הגן APOE4, וייתכן שאפשר להפוך אותו. הממצאים חושפים מטרות טיפוליות חדשות לשימור תפקוד כלי הדם ולהגבלת הצטברות העמילואיד
ברקסטון שולדט, סטודנט במסלול המשולב לרפואה ולדוקטורט במדעי המוח ב"מאונט סיני" והמחבר הראשון של המחקר ב-Cell, הוסיף: "הראינו ש-APOE4 הופך את תאי התמיכה של כלי הדם לתאים שמייצרים צלקות, וכך גורם להצטברות עמילואיד סביב כלי הדם במוח. בניסויים שלנו הצלחנו לחסום את תהליך ההצטברות הזה, וחשפנו אפשרויות טיפוליות חדשות להגנה על מחזור הדם במוח אצל אנשים בסיכון גנטי גבוה לאלצהיימר".
לממצאים יש משמעות מעשית בהקשר של הנוגדנים החדשים שמסלקים עמילואיד מהמוח. לדברי החוקרים, אצל נשאי APOE4 השימוש בהם מסובך בגלל סיכון מוגבר לתופעות לוואי שנראות בהדמיה, ובהן דימומים ובצקות במוח. לדבריהם, הפגיעות הזאת מדגישה את הצורך בטיפולים שימנעו את הנזק לכלי הדם אצל הנשאים או יהפכו אותו.
החוקרים עצמם מסייגים. ל-TGF-בטא תפקידים רבים בגוף, ולכן ייתכן שחסימה שלו בכל הגוף לא תהיה בטוחה. ברקמות המעבדה החומרים פעלו על סוגי תאים רבים, כך שאי אפשר לייחס את השיפור לתאים העוטפים בלבד. חלק מהניתוחים נשענו על כמות קטנה של דגימות, והמחקר לא תוכנן לבחון הבדלים בין המינים. החוקרים גם לא זיהו עדיין כיצד בדיוק APOE4 מגביר את פעילות המסלול. המחקר בחן את השינויים ברקמת המוח של העכברים, ולא את הזיכרון או את התפקוד הקוגניטיבי שלהם.
המחלה של מיקי ברקוביץ'
המחקר השני, שפורסם ב-Cell Stem Cell, עסק בחלבון אחר, אלפא-סינוקלאין. כשהחלבון הזה מצטבר בתאי העצב הוא יוצר משקעים שנקראים גופיפי לואי, סימן ההיכר של פרקינסון ושל דמנציה עם גופיפי לואי. המחלה עלתה לכותרות בחודש שעבר, אחרי שהסרט "הסוד של מיקי" חשף שאגדת הכדורסל מיקי ברקוביץ' מתמודד עם דמנציה, ודווח שמדובר בדמנציה מהסוג הזה.
מיקי ברקוביץ' בצילום מ-2020. החשיפה של משפחתו העלתה לתודעה הציבורית את התמודדות חולי הדמנציה
(צילום: טל שחר)
החלבון אינו מוגבל למחלות הללו. משקעים שלו נמצאים גם במוחם של 50% עד 90% מחולי האלצהיימר, ושם הם מאיצים את ההידרדרות. אצל נשאי APOE4 החלבון מצטבר יותר, ועד כה לא היה ברור למה.
כדי לבדוק, יצרו החוקרים רקמות מוח במעבדה עם תאי עצב שמייצרים כמות גדולה של החלבון, בגרסה שנוטה להצטבר. ברקמות עם APOE4 הצטבר יותר חלבון פגום. אחר כך בנו רקמות שבהן רק סוג תאים אחד נשא את גרסת הסיכון של הגן, וכל השאר את הגרסה הנפוצה, וכך זיהו את האחראים: האסטרוציטים, תאי התמיכה של המוח. כשרק הם נשאו APOE4, הרקמה נפגעה באותה מידה כמו רקמה שכל תאיה נשאו אותו. כשגרסת הסיכון הוכנסה לתאי העצב, לתאי כלי הדם או לתאים אחרים, לא נמצאה השפעה מובהקת.
בדרך כלל האסטרוציטים קולטים את האלפא-סינוקלאין שמשתחרר מתאי העצב ומפרקים אותו בליזוזומים, מערכת פינוי הפסולת של התא. אצל האסטרוציטים עם APOE4 המנגנון השתבש: הם צברו כולסטרול עודף, מערכת הפינוי שלהם נחלשה, והם לא הצליחו לפרק את החלבון. במקום זאת הפכו אותו לצורה מזיקה יותר ושחררו אותו החוצה, שם הוא עודד היווצרות משקעים בתאי העצב.
לפנות את החלבון הפגום
כדי להוכיח זאת, לקחו החוקרים נוזל שבו גדלו תאי עצב, העבירו אותו דרך אסטרוציטים, והוסיפו אותו לתאי עצב חדשים. כשהנוזל עבר דרך אסטרוציטים עם APOE4, כמות החלבון הפגום בתאי העצב עלתה ביותר מפי שניים. כשעבר דרך אסטרוציטים עם הגרסה הנפוצה, לא נמצאה השפעה מובהקת. לדברי החוקרים, למיטב ידיעתם זו הפעם הראשונה שהוכח ישירות שתאי תמיכה פגומים הופכים את החלבון למזיק ומפיצים אותו.
שני מסלולי מחקר ומטרה אחת: חלבוני עמילואיד בטא במוח פוגעים בתאי העצב במוח
(צילום: shutterstock)
מכאן הגיע גם הכיוון הטיפולי. כשהחוקרים הוסיפו לאסטרוציטים ציקלודקסטרינים, חומרים שמוציאים כולסטרול מהתאים, מערכת הפינוי השתפרה והתאים קלטו שוב את החלבון. ברקמות המעבדה, הטיפול הוריד את כמות החלבון הפגום בתאי העצב לרמה קרובה לזו שברקמות בלי גרסת הסיכון. סטטין, מהתרופות הנפוצות להורדת כולסטרול, לא שיפר את מערכת הפינוי בבדיקה הראשונית. ציקלודקסטרינים כבר נבחנים בניסויים קליניים במחלה נדירה בשם נימן-פיק מסוג C, ובמחקרים הראשונים נמצא שיפור בתסמינים, עם תופעות לוואי שניתן להתמודד איתן. טיפולים להורדת כולסטרול הניבו עד היום תוצאות מעורבות במחלות שבהן מצטבר אלפא-סינוקלאין. לדברי החוקרים, ממצאיהם מרמזים שהגנטיקה של המטופל משפיעה על התגובה לטיפול כזה, ושהוא עשוי להתאים במיוחד לנשאי APOE4.
גם במחקר הזה מדובר בשלב מוקדם, והדרך ליישום הממצאים עדיין ארוכה. כל הניסויים נעשו ברקמות מעבדה ובתרביות תאים, והממצאים עוד לא נבדקו בבעלי חיים. החוקרים גם מציינים שהמודל שבנו אינו משחזר בהכרח את כל מה שקורה במוחם של חולים.
