广告

阿尔茨海默病的继子

一位神经病理学家挑战传统智慧,他坚称铝与阿尔茨海默病之间存在关联。

Google NewsGoogle News Preferred Source

新闻简报

注册我们的电子邮件新闻简报,获取最新的科学新闻

注册

丹尼尔·珀尔清晰地记得那件事。我在市中心,有些时间要打发,所以我就去了布鲁明戴尔百货公司的家居用品区。那里有一套打折的铝制锅碗瓢盆——大而重,很精致,折扣很大。我对售货员说:“这真是个好价钱。你们一定很难把它们留在店里。”

广告

“不,没人会买它们,”她说,“这就是它们打折的原因。”

“你什么意思,没人会买它们?”我说,“它们很漂亮。”

她说,“那是因为它们会让你得阿尔茨海默病。”

“哦,真的吗?”我摇着头走了出去,心里想,“我都做了些什么?”

珀尔耸耸肩,眉毛上扬,手掌向外,这是纽约皇后区当地的一种手势,意思是:你觉得怎么样?

这种讽刺恰如其分。通过在20世纪70年代末期,指出阿尔茨海默病患者大脑中异常高浓度的铝的位置,珀尔和少数同事帮助建立了这种金属与疾病之间的联系。但他们从未声称铝导致了这个问题;即使是,炊具也不是足够的来源。

科学家们不知道阿尔茨海默病的病因。这种疾病像小偷一样,剥夺了人们的心智——仅在美国,每十个65岁及以上的人中就有一人,也就是400万人受到影响——这是一种病因不明、无法治疗、无药可医的疾病。

但珀尔,这位曼哈顿西奈山医学院50岁的神经病理学家,可以接受这种“锅碗瓢盆”的说法,正如他所说。如果这是一种过度反应,没有人会因此受到伤害(除了铝制造商)。更难让人接受的是,尽管公众可能确信铝与阿尔茨海默病在某种程度上有关联,尽管珀尔和其他研究人员认为这种关联是真实且重要的,但科学界的反应却从漠不关心到彻底的怀疑。大多数科学家反而将注意力转向其他可能的因素,特别是体内自然产生的一种鲜为人知的蛋白质——β-淀粉样蛋白的片段。铝研究是阿尔茨海默病研究的“继子”,得到的认可、关注和资金相对较少。在珀尔看来,其原因往往不那么科学。

他说,阿尔茨海默病研究变得像宗教一样。你去开会,就像你刚走进教堂——每个人都想知道你是不是一个真正的信徒。一个房间里是淀粉样蛋白的高级祭司向信徒布道。隔壁的会议室里是遗传学信徒。我承认,甚至还有一个铝的庙宇。但它很小,让我告诉你。我们都能围坐在一张桌子旁。

广告

珀尔耸耸肩。但那没关系。举行这些复兴会议没有错。要获得资助和关注,你必须推销你的假设。问题是当人们开始贬低其他房间里发生的一切时。

没有什么比铝假设更受质疑了。约翰霍普金斯医学院的神经学家唐纳德·普莱斯说:“底线是我们大多数人认为铝不是主要因素。”纽约州发展障碍基础研究学院主任、神经病理学家亨利·维斯涅夫斯基说:“铝在阿尔茨海默病病变的形成中根本不重要。”

广告

然而,有证据表明铝对神经系统有毒。当直接注射到猫和兔子等某些实验动物的大脑中时,铝化合物会产生类似阿尔茨海默病的症状:学习和记忆能力下降、协调和肌肉控制丧失、癫痫发作,直至死亡。解剖这些大脑后发现,它们布满了与阿尔茨海默病大脑相似的异常。铝破坏神经元的机制尚不完全清楚,但至少在某些情况下,它显然是有效的。

此外,铝无处不在。它不像其他金属那样以纯净形式存在,但与其它物质,尤其是氧气结合时,它约占地壳的8%;事实上,它是地球上第八丰富的元素。(直到最近,在19世纪末,才开发出一种提纯这种金属的商业方法,从而催生了铝工业。)

我们的身体中也存在铝,尽管含量微乎其微。然而,在阿尔茨海默病患者的大脑中,这种金属的含量却异常高,在某些细胞中甚至达到正常水平的50倍。珀尔和其他人正竭力阐明这种金属是如何进入大脑的。但大多数阿尔茨海默病研究人员似乎对此并不十分担忧。他们转而关注神秘的β-淀粉样蛋白。

淀粉样蛋白组和铝组都在寻找他们所选择的物质与该疾病特征性异常之间的联系,这些异常是德国神经病理学家阿洛伊斯·阿尔茨海默在世纪之交描述的。在对一名患有痴呆症的55岁女性进行尸检时,阿尔茨海默发现了一个布满奇异结构的大脑。在大脑皮层、海马体和其他对认知功能至关重要的区域,他发现了一些看起来像一团乱麻的东西——他称之为缠结。在缠结旁边,阿尔茨海默发现了更怪异的结构,称为斑块。它们类似于一团团胶水,是神经细胞的10到15倍大。

广告

后来,其他人会确定这些线状缠结的关键成分是通常构成神经细胞骨架的蛋白质。研究人员还会发现,斑块主要由淀粉样蛋白组成。然后,珀尔和同事会发现,缠结中潜藏着铝沉积物。

但这些奇异的结构和其中发现的物质是否真的与疾病的运作有关?还是它们仅仅是不幸的副作用,是损害发生地的墓碑?在20世纪初,阿尔茨海默无法得知,而在20世纪90年代,这场争论仍在激烈进行。

去年又出现了一个惊人的进展,它倾向于淀粉样蛋白的信徒。由伦敦圣玛丽医院医学院的约翰·哈迪领导的一个研究团队在一个患有遗传性阿尔茨海默病家族中发现了一个基因缺陷。没有人知道阿尔茨海默病的遗传频率——估计从大约20%到大部分时间不等。在这个案例中,哈迪发现21号染色体上的一个基因发生了突变。哪个基因?产生淀粉样蛋白前体蛋白(APP)的基因,也就是不受欢迎的淀粉样蛋白的来源。

此前的研究已经暗示了这一点——至少在某些情况下,阿尔茨海默病是一种遗传疾病,而淀粉样蛋白的产生是其核心。最近的研究也发现了这种蛋白质可能导致疾病的线索。但在阿尔茨海默病研究的伟大传统中,对此事几乎没有一致意见。其他研究表明APP基因没有参与,同时暗示不同的基因可能与疾病过程有关。还有一些研究根本没有发现基因参与。

广告

尽管如此,该领域的大多数人怀疑淀粉样蛋白是问题的核心。普莱斯说:“毫无疑问,淀粉样蛋白是这项业务中的重要参与者。”维斯涅夫斯基也同意:“是淀粉样蛋白在驱动阿尔茨海默病的病理学。”因此,淀粉样蛋白研究获得了大部分关注和资金。

所有这一切都让丹·珀尔感到恼火。他认为人们在证据不足的情况下,匆忙追随淀粉样蛋白的潮流。在他看来,尽管淀粉样蛋白沉积确实出现在阿尔茨海默病患者的大脑中,因此应该进行研究,但它们在正常衰老的大脑中也很常见。他可以展示大量来自完全正常的人的大脑,这些大脑中含有大量的淀粉样蛋白,甚至比一些阿尔茨海默病患者还要多。已经有研究试图寻找淀粉样蛋白与痴呆症之间的关联——但他们未能找到。

广告

另一方面,缠结始终与痴呆症相关,珀尔认为,你在哪里看到缠结,你就会在哪里发现铝。关于这种金属与阿尔茨海默病相关的最初线索出现在几十年前。在20世纪50年代末,美国国立卫生研究院的一组研究人员在研究大脑中的自身免疫反应时,向兔子注射了一种含有铝的混合物;几天之内,兔子出现了癫痫发作并死亡。后来解剖这些大脑发现有大量缠结,类似于阿尔茨海默病的缠结。在20世纪60年代中期,当时还是一名年轻研究员的亨利·维斯涅夫斯基表明,铝是这些剧烈变化的原因。尽管随后的研究发现,铝诱导的缠结与阿尔茨海默病相关的缠结并不完全相同——后者是由两条蛋白质丝相互缠绕形成的,而铝只导致了单条丝的产生——但铝可能以某种方式参与阿尔茨海默病缠结形成的怀疑仍然存在。

这些实验引起了多伦多大学神经学家唐纳德·麦克拉赫兰的注意。他决定在阿尔茨海默病患者的大脑中寻找铝——他找到了。在20世纪70年代中期,麦克拉赫兰发表了证据,表明阿尔茨海默病患者大脑中的铝含量是正常值的两倍。

这项工作反过来又引起了当时在佛蒙特大学的珀尔的兴趣。他和他的同事们对阿尔茨海默病患者的大脑切片进行了一种称为X射线微探针分析的技术。这种方法利用电子激发组织内的原子,产生一种X射线指纹,从而识别产生它的物质。通过分析这些模式,该团队能够精确地追踪异常高浓度的铝到那些含有缠结的区域。当这一消息在1980年发表在具有影响力的《科学》杂志上时,铝与阿尔茨海默病之间的联系就此确立。

“你必须记住,”珀尔说,“那时还没有像今天这样对阿尔茨海默病的广泛兴趣。如果你在鸡尾酒会上遇到某人,他们问你‘你是做什么的?’你回答‘我研究阿尔茨海默病’,下一个问题就会是‘那是什么?’”他笑了。“现在他们会说‘哦。你是在研究淀粉样蛋白还是铝?’”

如果说珀尔的发现有助于激发起这种意识,那么两年后另一篇论文的发表则是决定性的。这篇论文揭示了南太平洋关岛一个长期以来的谜团。第二次世界大战后不久,在岛上工作的医生发现,数量惊人的居民患有神经系统疾病。其中一种是肌萎缩侧索硬化症(ALS),这种致命疾病因导致纽约扬基棒球明星卢·格里格死亡而闻名。另一种则类似于帕金森病和阿尔茨海默病的恶性混合,导致严重的痴呆和死亡。有些人似乎同时受到这三种疾病的困扰。

时至今日,没有人确切知道是什么导致——以及持续导致——这些疾病。但有一点是肯定的:如果你观察这些人的大脑,它们会显示出大量与阿尔茨海默病中相似的缠结,珀尔说。当你观察这些缠结时,你会发现它们的铝含量是阿尔茨海默病的十倍——这是一个巨大的数量。此外,岛上的土壤富含这种金属。长期接触环境中的铝是否是这种奇怪的神经流行病的核心?珀尔说,这是间接证据,但你就是不断地发现它。

广告
广告

随着这些,锅碗瓢盆的事就传开了。耶鲁大学的一位医学院毕业生在《新英格兰医学杂志》的一封信中发出了代表性的一击。这位忧心忡忡的未来医生写道:“作为一名经济拮据的医学生和实习生,我购买了廉价的铝制锅碗瓢盆……最近,我开始意识到越来越多的文献……讨论铝与阿尔茨海默病之间的关联……我们这个使用铝的社会中,大量人可能成为来自多种来源的慢性铝中毒的受害者。易腐蚀的铝制炊具可能是一个不容忽视的来源。这个假设需要系统研究。与此同时,扔掉我那些正在腐蚀的铝锅!”

“我没有回复那封信,”珀尔说,“那时我不确定我会说什么。我只知道,那是我们的数据。”但他无法回答并没有阻止问题。每次我在科学会议上发表演讲,我都会被问到这些关于锅碗瓢盆的问题。锅碗瓢盆?拜托。我们在这里讨论的是科学问题,每个人都想知道锅碗瓢盆吗?

提问者中包括一些特别感兴趣的各方:价值数十亿美元的铝工业的代表。珀尔说:“你会看到他们在房间后面。雷诺兹、美国铝业、凯撒和铝业协会的游说者。”对他们来说,铝可能与阿尔茨海默病有关的证据可能会带来可怕的后果。毕竟,珀尔干巴巴地说,“没有人从淀粉样蛋白中赚钱。”

因此,铝-阿尔茨海默病研究中的“外卡”被引入——那些既得利益者强大到足以转移像珀尔这样的人所发现的影响。至少这是铝阵营中那些人的主张。他们毫不避讳地谈论铝工业及其营销部门——位于华盛顿特区的铝业协会(代表79家铝生产商和加工商)的作用。珀尔说:“在我们发表第一篇《科学》论文后,我开始接到朋友的电话,说‘这些人是谁,他们在打听你?’他们试图弄清楚这家伙到底是谁。那之后我就知道,我所说的任何话都会因为所涉及的问题而被审查、评估、批评和攻击,无所不用其极。而且这种状况还在继续。”

唐纳德·麦克拉克兰同样直言不讳。铝业协会对这个假说有非常强大的游说,并且他们投入了资金。例如,亨利·维斯涅夫斯基是一位著名的反铝人士。(具有讽刺意味的是,正是这位亨利·维斯涅夫斯基,曾是最早将铝与阿尔茨海默病联系起来的人之一。)麦克拉克兰特别指出,维斯涅夫斯基毫无疑问是一位优秀的科学家;但他也指出,维斯涅夫斯基从铝业协会获得了超过五十万美元的资助。那些未能发现阿尔茨海默病中铝的人更有可能获得铝业协会的资助。两位没有获得铝业协会资金的著名研究人员是:麦克拉克兰和珀尔(尽管麦克拉克兰确实每年从加拿大铝生产商AlCan获得15,000美元的小额捐款)。“我当然不能声称他们曾积极试图压制我的工作,”珀尔说,“而是他们资助的人的言论倾向于为我们的铝研究可能不是很好的工作或没有正确完成这一观点提供科学依据。”

铝业协会技术总监西摩·埃普斯坦驳斥了这些指控。我们没有理由资助我们不同意的东西。有很多研究要做,资金必须来自某个地方。自从我们的批评者说“如果你资助了某样东西,显然它就不可信”以来,我们就不得不面对这样的态度。这很荒谬。

广告

他指出,该协会每年为阿尔茨海默病研究提供75万美元,并赞助关于该疾病的国际会议,邀请各种观点的领先阿尔茨海默病研究人员——包括珀尔和麦克拉克兰。事实上,今年年初,该协会在佛罗里达州赞助了一场研讨会,有助于消除两个竞争的阿尔茨海默病阵营之间的紧张关系。麦克拉克兰认为,紧张局势确实有所缓解。他现在相信整个讨论又回到了它应有的位置,即科学辩论和批判性评估的领域。

至于他的组织为何从未资助铝假说的支持者,埃普斯坦只是简单地回答说他们从未寻求过帮助。此外,这是一个两难的局面。如果我们提供资金,我们会被指责试图收买他们。你赢不了。

广告

铝研究者们无视这些情绪。他们以前都听过这些话——而且他们现在已经够麻烦了。在最好的情况下,铝研究也非常困难。由于铝是一种无处不在的元素,存在于水、食物甚至空气中,研究人员进行的任何实验都存在非常真实的污染风险。他们的批评者认为,在阿尔茨海默病患者大脑中发现的浓度可能只不过是实验室环境中的污染物。这是珀尔听得太多次的指责。他寄希望于当今改进的分析技术,以及他和其他实验室最近研究的爆炸式增长,能够彻底平息这些指控。他宣称,随着我们技术的进步,数据会变得更加精确。

珀尔的最新工作涉及使用激光,比以往任何时候都更准确地测量阿尔茨海默病患者大脑中的铝。他解释说:“我们用一个非常短的15纳秒脉冲将高能激光束聚焦到组织切片上,这将路径中的任何物质转化为离子。”然后,这些离子进入质谱仪,质谱仪分析它们的组成,其灵敏度比以前的技术高100多倍。珀尔说:“当缠结细胞与正常邻近细胞进行比较时,我们发现铝含量增加了10到50倍。”

一个谜团是它到底是如何进入那里的。由于我们生活在一个富含铝和其他有毒物质的世界,我们的身体已经进化出复杂的防御机制,将大部分有害物质挡在外部。第一道屏障是肠道——这是一件好事,因为就铝而言,我们通过摄入的食物不断地受到它的轰击。铝天然存在于食物中,并用于膨松剂、着色剂、防腐剂,以及加工奶酪、泡打粉、泡菜,甚至婴儿食品和牙膏等商品中。铝也出现在常用药物中。例如,大多数抗酸剂都含有铝化合物,缓冲阿司匹林也是如此。通过此类药物进入体内的铝量可能远超通过其他途径进入的铝量。此外,铝常用于净化市政供水。

然而,在正常情况下,相对较少的铝会进入血液——肠壁会截留并将其大部分通过粪便排出体外。那些成功进入体内的铝会遇到身体的第二道防线:一种名为转铁蛋白的特殊蛋白质,它会与铝和其他毒素结合,将其运送到肾脏,然后随尿液排出体外。如果仍有过量的铝残留,它就必须克服血脑屏障,这是一个精密的安保系统,在允许血液进入这个重要器官之前对其进行过滤。

广告

然而,对于阿尔茨海默病,防御系统不知何故失灵了。铝阵营提出了几种可能的解释。一种是衰老过程削弱了屏障,导致铝渗入。另一种是某些铝化合物比其他化合物更容易通过屏障。例如,如果你用富含柠檬酸的橙汁送服缓冲阿司匹林或抗酸剂,你就会将这些药物中的铝转化为柠檬酸铝。在这种形式下,它克服身体屏障的能力高达五倍。如果铝与一种名为麦芽酚的糖状添加剂接触,麦芽酚被用作许多烘焙食品中的调味剂,其突破身体防御的能力会增加多达九十倍。

珀尔还有另一个建议:我们可能吸入了铝。他说:“嗅觉系统是脑部神经细胞唯一暴露于外部环境的地方。”珀尔通过兔子的鼻腔引入了铝化合物,然后追踪了这种金属进入大脑的进程。他发现,铝沿着神经元高速公路直接进入大脑,绕过了血液及其防御系统,最终导致阿尔茨海默病受损区域的神经损伤。

所有这些对人类意味着什么仍未证实,但最近的两项研究进一步证实了空气中的铝可能是罪魁祸首之一的可能性。1990年,华盛顿大学的研究人员发现,使用含铝止汗剂的人患阿尔茨海默病的风险略高于不使用的人。尽管该研究没有明确指出应用方式——喷雾或走珠式——但随后的调查使其负责人、流行病学家艾米·格雷夫斯怀疑,如果铝是一个重要的风险因素,那么它是通过吸入。

麦克拉克兰和他在多伦多的同事于1990年11月发表的另一项研究更引人入胜。在1944年至1979年间,安大略省北部的金矿和铀矿工人被撒上细小的铝粉,以对抗硅肺病,这是一种由吸入含有二氧化硅的岩尘引起的疾病。每天下井前换衣服时,矿工们会被一层铝粉云笼罩十分钟。多伦多团队追踪了这些矿工,对他们进行了认知功能测试,发现与未接触铝粉的矿工相比,受粉尘影响的矿工表现不佳。暴露时间越长,功能损失越大。一些人甚至被发现记忆受损。

广告

还有其他最近的研究进一步牵涉到铝。在今年早些时候发表的一项实验中,由布兰迪斯大学生物化学家杰拉尔德·法斯曼领导的国际团队,向大脑神经细胞的蛋白质片段中添加了铝。他们发现,这种蛋白质重新折叠成了与阿尔茨海默病特征性缠结中的蛋白质相同的模式。

在另一项最近的研究中,麦克拉克兰和他的团队每天给24名阿尔茨海默病患者注射两次去铁胺,这种药物能与铝结合并中和其在体内的作用。经过两年的治疗,这种药物显著减缓了这些患者痴呆症的进展。患者的智力仍然下降,但速度只有24名未接受治疗的其他患者的一半。下一步是在世界各地多个地点给更多阿尔茨海默病患者服用这种药物,以验证这些结果。如果成功,这项研究可能会为减轻疾病影响提供一种实用方法。

广告

此外,麦克拉克兰和他的同事也借鉴了竞争对手的经验,正在研究铝在基因层面的影响。他们已经发现了令人兴奋的迹象,表明阿尔茨海默病患者大脑中的铝与神经元中的DNA结合,从而干扰了维持健康细胞蛋白质的制造过程。当被取出到试管中时,受损的DNA显得粘稠并缠成一团,仿佛铝将DNA链粘在一起。在这种受限的情况下,DNA可能不再能被帮助制造蛋白质的酶接触到。结果:病变和死亡的神经元。该团队现在开始进行实验,以确定铝是否确实与DNA结合,以及用去铁胺中和这种金属是否可能减缓这一过程。

自然,这些发现引起了怀疑——铝的圣殿从来没有一帆风顺。然而,累积的证据促使珀尔提出了一个适度的建议。虽然用铝锅烹饪的食物确实会带上微量的金属,但请不要担心——来自其他来源的风险要大得多。他建议避免吸入含铝气雾剂或止汗剂,因为这些制剂是为了最大限度地吸收含铝产品而制备的。有其他有效的产品可供选择。

麦克拉克兰甚至走得更远。他建议我们通过几乎所有途径——食物、水、药物、化妆品——限制我们接触铝。然而,问题是,很多时候我们并没有意识到我们实际上正在接触这种金属。例如,止汗剂上会标明含有铝,但烘焙食品通常不会。需要改变的是公共政策。所有含铝的食品和药物都应进行标注,并且应规范水处理以降低铝含量。麦克拉克兰说,目前,减少我们接触铝可能是唯一能够带来希望,降低阿尔茨海默病发病率的生活方式改变。

因此,珀尔和他的顽强同伴们终于开始了解到铝在阿尔茨海默病病理中可能扮演的角色。具有讽刺意味的是,这个角色也包括了阿尔茨海默病宗教中的其他派别。珀尔说:“我的感觉是,阿尔茨海默病可能与其他老年慢性病,如癌症和心脏病一样。也就是说,它是基因与环境之间相互作用的结果。你的基因赋予你对相当常见的环境因素的相对抵抗力或易感性,这些因素随着时间的推移有助于引发疾病。”

他耸耸肩,做出了扬眉摊手的姿势。而我们获得最多科学证据的环境因素就是铝。

保持好奇

加入我们的列表

订阅我们的每周科学更新

查看我们的 隐私政策

订阅杂志

订阅可享封面价高达六折优惠 《发现》杂志。

订阅
广告

1篇免费文章