La malattia di Alzheimer inizia con una proteina appiccicosa chiamata beta-amiloide che si accumula in placche nel cervello, innescando una catena di eventi che provoca atrofia cerebrale e declino cognitivo. La nuova generazione di farmaci per l’Alzheimer, i primi che hanno dimostrato di cambiare il corso della malattia, funzionano marcando l’amiloide affinché venga eliminata dalle cellule immunitarie del cervello.
Alzheimer: l’importanza delle cellule immunitarie
i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno trovato un modo diverso e promettente per rimuovere le placche nocive: mobilitando direttamente le cellule immunitarie per consumarle.
In uno studio pubblicato su Science Translational Medicine , i ricercatori hanno dimostrato che l’attivazione delle cellule immunitarie chiamate microglia con un anticorpo riduce le placche amiloidi nel cervello e mitiga le anomalie comportamentali nei topi con malattia simile all’Alzheimer.
L’approccio potrebbe avere implicazioni che vanno oltre l’Alzheimer. Grumi tossici di proteine cerebrali sono caratteristiche di molte condizioni neurodegenerative, tra cui il morbo di Parkinson, la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e la malattia di Huntington. Incoraggiati dai risultati dello studio, i ricercatori stanno esplorando altre potenziali immunoterapie – farmaci che sfruttano il sistema immunitario – per rimuovere le proteine spazzatura dal cervello che si ritiene facciano avanzare altre malattie.
“Attivando la microglia in generale, il nostro anticorpo può rimuovere le placche di beta-amiloide nei topi e potrebbe potenzialmente eliminare altre proteine dannose in altre malattie neurodegenerative, incluso il morbo di Parkinson”, ha spiegato l’autore senior dello studio, Marco Colonna, MD, Robert Rock Belliveau, MD, Professore di Patologia.
Le microglia circondano le placche per creare una barriera che controlla la diffusione delle proteine dannose. Possono anche fagocitare e distruggere le proteine della placca, ma nella malattia di Alzheimer di solito non lo fanno. La fonte della loro passività potrebbe derivare da una proteina chiamata APOE che è un componente delle placche amiloidi. Le proteine APOE nella placca si legano a un recettore, LILRB4, sulla microglia che circonda le placche, inattivandole, ha spiegato Yun Chen, co-primo autore dello studio.
Per ragioni ancora sconosciute, i ricercatori hanno scoperto che nei topi e nelle persone con malattia di Alzheimer, le microglia che circondano le placche producono e posizionano LILRB4 sulla loro superficie cellulare, il che inibisce la loro capacità di controllare la formazione di placche dannose dopo il legame con l’APOE. L’altro co-primo autore, Jinchao Hou, Ph.D., ora membro della facoltà dell’Ospedale pediatrico della Scuola di Medicina dell’Università di Zhejiang nella provincia di Zhejiang, in Cina, ha trattato topi che avevano placche di beta amiloide nel cervello con un anticorpo fatto in casa che bloccava APOE dal legame a LILRB4.
Dopo aver lavorato con Yongjian Liu, Ph.D., professore di radiologia presso il Mallinckrodt Institute of Radiology dell’Università di Washington, per confermare che l’anticorpo aveva raggiunto il cervello, i ricercatori hanno scoperto che le microglia attivate erano in grado di fagocitare ed eliminare le placche di beta amiloide.
Eliminare le placche di beta-amiloide nei topi allevia anche il comportamento a rischio. Gli individui con AD possono non avere memoria delle esperienze passate per informare le loro decisioni. Possono assumere comportamenti rischiosi, rendendoli vulnerabili al rischio di diventare vittime di frodi o abusi finanziari. Trattare i topi con un anticorpo per eliminare le placche si è dimostrato promettente nell’alterare il comportamento.
Dopo che le placche di beta-amiloide si sono formate nel cervello, un’altra proteina cerebrale, la tau, si aggroviglia all’interno dei neuroni. In questa seconda fase della malattia, i neuroni muoiono e insorgono sintomi cognitivi. Livelli elevati di LILRB4 e APOE sono stati osservati nei pazienti con AD in questa fase successiva, ha spiegato Chen. È possibile che bloccando l’interazione delle proteine e l’attivazione della microglia si possano alterare gli stadi successivi della malattia. Negli studi futuri, i ricercatori testeranno l’anticorpo nei topi con grovigli tau.
I farmaci che colpiscono direttamente le placche amiloidi possono causare effetti collaterali potenzialmente gravi. Nei pazienti affetti da Alzheimer, le proteine amiloidi si accumulano sulle pareti delle arterie nel cervello così come in altre parti del tessuto cerebrale. La rimozione delle placche dai vasi sanguigni cerebrali può indurre gonfiore e sanguinamento, un effetto collaterale noto come ARIA
Questo effetto collaterale è stato osservato in alcuni pazienti trattati con lecanemab, un farmaco approvato dalla Food and Drug Administration per il trattamento dell’Alzheimer. I topi utilizzati in questo studio erano privi di placche amiloidi sui vasi sanguigni, quindi i ricercatori non hanno potuto valutare cosa accadeva quando le placche dei vasi sanguigni venivano rimosse.
Stanno lavorando con un modello murino diverso, uno che presenta placche sulle arterie cerebrali, per capire se questo nuovo approccio comporta anche un rischio di ARIA.
“Lecanemab, come primo anticorpo terapeutico in grado di modificare il decorso della malattia, ha confermato l’importanza della proteina beta amiloide nella progressione della malattia di Alzheimer”, hanno affermato l’autore David Holtzman, MD, Barbara Burton e Reuben M. Morriss III Distinguished Professore di Neurologia. “E ha aperto nuove opportunità per lo sviluppo di altre immunoterapie che utilizzano metodi diversi per rimuovere le proteine dannose dal cervello.”
La risposta delle cellule immunitarie del cervello nella malattia di Alzheimer
I ricercatori della Indiana University School of Medicine stanno studiando come la carenza di un gene nelle cellule immunitarie possa influenzare la progressione della malattia di Alzheimer.
Lo studio, pubblicato su Molecular Neurodegeneration , ha scoperto che l’eliminazione di CX3CR1, un gene della microglia associato a malattie neurodegenerative , in modelli animali di Alzheimer ha provocato un aggravamento dello stato della malattia e un accumulo di placche nel cervello . La carenza del gene ha anche compromesso il movimento delle microglia, le cellule immunitarie del cervello , verso le placche.
“Questa indagine mostra che le microglia nell’Alzheimer diventano disfunzionali precocemente nel decorso della malattia in assenza di CX3CR1, e questa disfunzione si traduce in una cascata di eventi neurotossici nel cervello”, ha affermato Shweta Puntambekar, MS, Ph.D., assistente alla ricerca. professore di genetica medica e molecolare.
“Per la comunità di ricerca più ampia, questa ricerca individua come possiamo colpire questo tipo di cellule nelle prime fasi della malattia, al fine di modulare il modo in cui la malattia progredisce nel cervello e, in definitiva, modulare i risultati cognitivi nell’Alzheimer”.
In precedenti studi sull’uomo e sugli animali è stato dimostrato che CX3CR1 viene sottoregolato nelle malattie neurodegenerative quando le microglia vengono attivate. Il CX3CR1-V249I, una variante del gene con perdita di funzione, è stato identificato per la prima volta e associato alla degenerazione maculare e in seguito è stato dimostrato che è correlato alla neurodegenerazione nella malattia di Alzheimer e nella SLA.
Puntambekar, primo autore dell’articolo della rivista, ha affermato che lo studio ha esaminato anche la connessione tra beta-amiloide e tau nel cervello, proteine tipiche comunemente associate alle malattie neurodegenerative. Le proteine beta amiloide si aggregano e formano placche che distruggono le connessioni delle cellule nervose. La tau può quindi formarsi successivamente nel cervello dopo le placche amiloidi .
“Lo studio ha stabilito una connessione non solo tra amiloide e tau, ma anche come la microglia può modellare l’intero processo patologico”, ha detto Puntambekar.
In assenza di questo gene, la microglia – che funge da prima linea di difesa contro virus, materiali tossici e neuroni danneggiati – non può avvicinarsi alle placche per eliminare le proteine. Ciò si verifica nelle prime fasi della malattia e porta a eventi più neurotossici, come l’accumulo di altre specie tossiche di beta-amiloide e l’aggravamento della tau negli stadi successivi della malattia.
Alcune di queste specie di beta-amiloide non si depositano nel cervello come placche “insolubili”, ha detto Puntambekar, ma piuttosto si accumulano nel cervello come placche solubili e hanno dimostrato di essere associate anche al declino cognitivo. Queste specie sono aumentate in assenza di CX3CR1, ha aggiunto.
La maggior parte delle terapie che prendono di mira le proteine beta amiloide nel cervello si concentrano sulle placche insolubili, ma i farmaci da anni si sono dimostrati inefficaci negli studi clinici.
“Con questo nuovo set di dati, possiamo ora iniziare a chiederci se le limitate efficienze cliniche delle terapie per l’Alzheimer siano dovute al fatto di non prendere di mira le specie corrette di beta-amiloide e se dovremmo iniziare a prendere di mira altre specie solubili per ottenere risultati cognitivi migliori”, ha detto Puntambekar.
Un anticorpo rimuove le placche di Alzheimer nei topi
Anni prima che le persone inizino a mostrare i sintomi caratteristici della malattia di Alzheimer, nel cervello iniziano a formarsi placche appiccicose, che danneggiano le cellule vicine. Per decenni, i medici hanno cercato modi per eliminare queste placche al fine di prevenire o curare la malattia.
I grumi appiccicosi, noti come placche amiloidi, sono composti principalmente da una proteina cerebrale chiamata beta amiloide. Ma all’interno delle placche si annidano piccole quantità di un’altra proteina dell’Alzheimer: l’APOE. Ora, i ricercatori della Washington University School of Medicine hanno dimostrato che un anticorpo non solo prende di mira l’APOE per la rimozione, ma spazza via le placche.
I risultati, disponibili sul Journal of Clinical Investigation , potrebbero portare a un modo per fermare il danno cerebrale innescato dalle placche amiloidi mentre la malattia è ancora nelle sue fasi iniziali, forse prima che compaiano i sintomi.
“Molte persone accumulano amiloide nel corso di molti anni e il cervello non riesce a liberarsene”, ha affermato l’autore senior David Holtzman, MD, professore di Andrew B. e Gretchen P. Jones e capo del Dipartimento di Neurologia. “Rimuovendo le placche, se iniziamo abbastanza presto, potremmo essere in grado di fermare i cambiamenti nel cervello che provocano dimenticanza, confusione e declino cognitivo.”
Le varianti del gene APOE rappresentano il principale fattore di rischio per la malattia di Alzheimer. In lavori precedenti, Holtzman e colleghi hanno dimostrato che un composto basato sul DNA che prende di mira l’APOE può ridurre il danno causato dalle placche amiloidi.
Ma eliminare le placche probabilmente proteggerebbe il cervello meglio che attenuare la distruttività delle placche. Per scoprire se le placche potevano essere rimosse, Holtzman, i co-primi autori Fan Liao, PhD, ricercatore post-dottorato, e Aimin Li, PhD, scienziato senior, e colleghi si sono concentrati sugli anticorpi che riconoscono e si legano all’APOE. Una volta che gli anticorpi si attaccano al loro bersaglio APOE, attirano l’attenzione delle cellule immunitarie vaganti, che trasportano sia l’anticorpo che il bersaglio per essere distrutti. I ricercatori hanno ritenuto che l’amiloide vicina potesse essere eliminata insieme all’APOE.
I ricercatori hanno testato diversi anticorpi che riconoscono l’APOE umano nei topi geneticamente predisposti a sviluppare placche amiloidi . I geni APOE dei topi erano stati sostituiti con un gene APOE umano. Gli anticorpi sono stati sviluppati in collaborazione con Denali Therapeutics.
Per sei settimane, ai topi sono state somministrate iniezioni settimanali di placebo o anticorpi contro l’APOE. Quindi, i ricercatori hanno misurato la quantità di placche nel loro cervello. Un anticorpo, chiamato HAE-4, ha dimezzato il livello delle placche.
Inoltre, HAE-4 non ha avuto alcun effetto sui livelli di APOE nel sangue. L’APOE svolge un ruolo importante nel trasporto di grassi e colesterolo nel corpo, quindi rimuoverlo dal flusso sanguigno potrebbe creare effetti collaterali indesiderati. Il fallimento dell’anticorpo nell’abbassare i livelli di APOE nel sangue era quindi un buon segno. Ma era anche un mistero. Perché l’anticorpo ha eliminato l’APOE dal cervello ma non dal sangue?
“Si scopre che l’APOE nelle placche ha una struttura diversa rispetto alla forma dell’APOE trovata nel sangue”, ha detto Holtzman. “L’anticorpo HAE-4 ha riconosciuto solo la forma trovata attaccata alle placche nel cervello.”
Non esiste alcun trattamento per prevenire o ritardare l’insorgenza – o rallentare la traiettoria – della malattia di Alzheimer. Ma alcuni anticorpi che eliminano le placche prendendo di mira l’amiloide-beta sono in fase di valutazione negli studi clinici. Sebbene tali anticorpi siano promettenti, a volte comportano l’effetto collaterale di infiammazione e gonfiore nel cervello.
Tuttavia, gli anticorpi che prendono di mira l’APOE potrebbero avere successo nel rimuovere le placche nelle persone e avere meno probabilità di innescare una risposta immunitaria distruttiva, ha detto Holtzman.
“Gli anticorpi anti- amiloide si legheranno alla maggior parte delle molecole presenti nella placca , ma l’anticorpo anti-APOE mirerà solo a una componente molto piccola della placca”, ha affermato Holtzman. “Ciò significa che potremmo riscontrare una minore attivazione immunitaria e potremmo non vedere gli effetti collaterali indesiderati”.
I ricercatori stanno pianificando ulteriori studi per determinare se anticorpi simili sono sicuri e potrebbero essere sufficientemente efficaci da essere utilizzati nelle persone.
Proteine legate all’Alzheimer e ictus eliminati dai vasi sanguigni cerebrali
Con l’avanzare dell’età, una normale proteina cerebrale nota come beta-amiloide inizia spesso ad accumularsi in placche amiloidi dannose nel cervello. Tali placche possono essere il primo passo sulla strada verso la demenza di Alzheimer. Quando si formano attorno ai vasi sanguigni nel cervello, una condizione nota come angiopatia amiloide cerebrale, le placche aumentano anche il rischio di ictus.
Diversi anticorpi che colpiscono le placche amiloidi sono stati studiati come trattamenti sperimentali per la malattia di Alzheimer. Tali anticorpi potrebbero anche avere il potenziale per trattare l’angiopatia amiloide cerebrale , sebbene non siano stati ancora valutati negli studi clinici . Ma tutti gli anticorpi anti-amiloide che hanno ridotto con successo le placche amiloidi negli studi clinici sull’Alzheimer possono anche causare un preoccupante effetto collaterale: un aumento del rischio di gonfiore e sanguinamenti cerebrali .
Ora, i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno identificato un anticorpo che, nei topi, rimuove le placche amiloidi dal tessuto cerebrale e dai vasi sanguigni senza aumentare il rischio di emorragie cerebrali. L’anticorpo prende di mira un componente minore delle placche amiloidi noto come apolipoproteina E (APOE).
I risultati, pubblicati su Science Translational Medicine , suggeriscono un approccio potenzialmente più sicuro per rimuovere le placche amiloidi dannose come modo per trattare il morbo di Alzheimer e l’angiopatia amiloide cerebrale.
“I ricercatori dell’Alzheimer hanno cercato per decenni terapie che riducano l’amiloide nel cervello, e ora che abbiamo alcuni candidati promettenti, scopriamo che c’è questa complicazione”, ha detto l’autore senior David Holtzman, MD, Andrew B. e Gretchen P. Jones Professor e capo del Dipartimento di Neurologia. “Ognuno degli anticorpi che rimuovono le placche amiloidi negli studi clinici è leggermente diverso, ma tutti presentano questo problema, in misura maggiore o minore.
Abbiamo adottato un approccio diverso prendendo di mira l’APOE e sembra essere efficace nel rimuovere amiloide sia dal tessuto cerebrale che dai vasi sanguigni, evitando questo effetto collaterale potenzialmente pericoloso.”
L’effetto collaterale, chiamato ARIA, per le anomalie dell’imaging legate all’amiloide, è visibile sulle scansioni cerebrali. Tali anomalie indicano gonfiore o sanguinamento nel cervello causato dall’infiammazione e possono portare a mal di testa, confusione e persino convulsioni. Negli studi clinici sugli anticorpi anti-amiloide, circa il 20% dei partecipanti sviluppa ARIA, sebbene non tutti presentino sintomi.
Gli anticorpi anti-amiloide funzionano allertando il sistema immunitario della presenza di materiale indesiderato, le placche amiloidi, e indirizzando la squadra di pulizia, le cellule infiammatorie note come microglia, a eliminare tali detriti. L’ARIA sembra essere il risultato di una risposta infiammatoria eccessivamente entusiasta.
Holtzman e la prima autrice Monica Xiong, una studentessa laureata, sospettavano che un anticorpo che prende di mira solo una parte minore della placca amiloide potesse suscitare una risposta più contenuta che elimina le placche sia dal tessuto cerebrale che dai vasi sanguigni senza causare ARIA.
Fortunatamente, avevano a disposizione uno di questi anticorpi: un anticorpo chiamato HAE-4 che prende di mira una forma specifica di APOE umana che si trova scarsamente nelle placche amiloidi e innesca la rimozione delle placche dal tessuto cerebrale.
Per determinare se HAE-4 rimuove anche l’amiloide dai vasi sanguigni cerebrali, i ricercatori hanno utilizzato topi geneticamente modificati con geni umani per l’amiloide e l’APOE4, una forma di APOE associata ad un alto rischio di sviluppare l’Alzheimer e l’angiopatia amiloide cerebrale.
Questi topi sviluppano abbondanti placche amiloidi nel tessuto cerebrale e nei vasi sanguigni cerebrali quando hanno circa sei mesi. Insieme a Holtzman e Xiong, il gruppo di ricerca comprendeva i coautori Hong Jiang, Ph.D., uno scienziato senior nel laboratorio di Holtzman, e Gregory J. Zipfel, MD, illustre professore di chirurgia neurologica Ralph G. Dacey e capo del Dipartimento di Neurochirurgia, tra gli altri.
Gli esperimenti hanno dimostrato che otto settimane di trattamento dei topi con HAE-4 hanno ridotto le placche amiloidi nel tessuto cerebrale e nei vasi sanguigni cerebrali. Il trattamento ha anche migliorato significativamente la capacità dei vasi sanguigni cerebrali di dilatarsi e restringersi su richiesta, un segno importante di salute vascolare.
Le placche amiloidi nei vasi sanguigni cerebrali sono pericolose perché possono portare a blocchi o rotture che causano ictus. I ricercatori hanno confrontato il numero di emorragie cerebrali nei topi trattati per otto settimane con HAE-4 o con aducanumab, un anticorpo anti-amiloide che è in fase 3 di studi clinici per l’Alzheimer.
I topi avevano un livello basale di piccole emorragie cerebrali a causa della loro predisposizione genetica all’accumulo di amiloide nei vasi sanguigni. Ma aducanumab ha aumentato significativamente il numero di sanguinamenti mentre HAE-4 no.
Ulteriori indagini hanno rivelato che HAE-4 e aducanumab inizialmente hanno suscitato risposte immunitarie contro placche amiloidi di forza simile. Ma i topi trattati con l’anticorpo anti-APOE hanno risolto l’infiammazione entro due mesi, mentre l’infiammazione persisteva nei topi trattati con l’anticorpo anti-amiloide.
