实验室培养的神经肌肉系统显示，与阿尔茨海默病相关的突变可以在与大脑隔离的情况下，在细胞层面损害肌肉控制。来源：Shutterstock和研究教授郭秀芳("Nadine" Guo)领导。研究团队与医疗技术公司Hesperos的科学家合作，使用模拟人体功能的实验室培养的人体细胞系统，研究与家族性阿尔茨海默病相关的基因突变如何影响运动。
研究结果最近发表在《阿尔茨海默病与痴呆症：阿尔茨海默病协会期刊》上。
郭教授表示："运动功能障碍可能是阿尔茨海默病的早期迹象。如果我们能够检测到这些变化并及早干预，可能有助于延缓中枢神经系统症状的出现。"
运动与阿尔茨海默病的关联
家族性阿尔茨海默病是一种罕见的遗传性形式，比更常见的类型发病更早（40至65岁之间）。
虽然阿尔茨海默病最广为人知的是记忆丧失和痴呆，但医生长期以来一直报告说，一些患者在认知症状出现前几年就会经历平衡、步态（行走方式）或运动的变化。这些早期迹象表明，疾病的一些方面可能始于大脑外部。
通过使用先进的实验室方法，研究人员表明，受影响的运动神经元可以破坏神经肌肉接头——这是运动所需的关键连接，即使没有来自大脑的输入。
希克曼说："这是首次证明外周神经系统的功能缺陷可以直接由这些突变引起。这意味着针对大脑的药物可能无法解决身体其他部位的问题。"
郭教授补充说，保持运动功能也可能有益于大脑健康，因为身体活动与认知健康相关联。
研究人员如何在实验室构建人类疾病模型
为了研究这些突变如何影响运动，研究团队使用了由希克曼共同创立的公司Hesperos开发的"芯片上人体"(human-on-a-chip)技术。这些小型系统复制了人体细胞在体内的相互作用方式，提供了比传统实验室或动物模型更真实的研究疾病的方法。
研究人员创建了一个"芯片上神经肌肉接头"(neuromuscular junction-on-a-chip)，该系统重现了运动神经元和肌肉细胞之间的连接。值得注意的是，它排除了大脑和脊髓。通过仅关注运动神经元和肌肉细胞，研究团队能够测试运动问题是否可以在没有中枢神经系统参与的情况下出现。
他们将健康的肌肉细胞与源自携带家族性阿尔茨海默病突变的干细胞的运动神经元结合。结果表明，与运动相关的问题可能始于外周神经网络，而不是单纯由大脑退化引起。
神经到肌肉连接的重要性
神经肌肉接头是神经向肌肉发送信号以使其收缩，从而实现运动的地方。对该连接的损害会降低力量、协调性和耐力。
在研究中，研究团队评估了神经信号触发肌肉收缩的有效程度，以及肌肉在疲劳前能持续活动多长时间。这些测量方法类似于临床上用于评估运动障碍的测试。
希克曼说："除非运动回路正常工作，否则你无法移动。当医生轻敲你的膝盖检查你的反射时，他们就是在测试这个确切的连接。"
"芯片上人体"技术的未来
研究人员表示，随着科学家寻求更准确的方法来研究人类疾病，这种方法在药物开发中可能发挥越来越重要的作用。
由于这些系统使用人体细胞并测量真实的生物活动，它们可以揭示可能在动物研究中不会出现的效果。
对希克曼来说，该项目建立在他专注于改进疾病理解和治疗的三十年研究基础上。
希克曼说："这些系统让我们以更接近人体实际发生情况的方式来研究疾病，而这正是我们需要开发更好治疗方法的关键。"
参考文献："利用功能性人类神经肌肉接头微生理系统评估阿尔茨海默病的外周神经系统病理"（作者：Akhmetzada Kargazhanov, Romy Aiken, Kenneth Hawkins, Rafael Lopez, Ahmad Nawaz, Gaurav Srivastava, Chase Miller, Will Bogen, Christopher Long, David Morgan, 郭秀芳和詹姆斯·希克曼），2026年4月16日，《阿尔茨海默病与痴呆症》。DOI: 10.1002/alz.71281
该研究由美国国立卫生研究院资助。
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