How to face the aging world – lessons from dementia research

www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7230408/

Dinko Mitrečić、1 Dražen Juraj Petrović、2 Paula Stančin、3 Jasmina Isaković、3 Barbara Zavan、4 Gerardo Tricarico、5 Mirjana Kujundžić Tiljak、6 and Monica Di Luca7

要旨

平均寿命の延伸に伴い、世界人口の5分の1を占める高齢者の数が増加し、高齢者の病気の罹患率が飛躍的に増加している。本稿では、医療システムに多大な財政負担を強い、効率的な治療法が求められている認知症の脅威について考察する。数々の臨床試験の失敗から学んだことは、認知症の早期発見と個別化された（精密な）治療アプローチという2つの大きな要素を直ちに考慮しなければならないということである。また、幹細胞、エクソソーム、電磁場、オゾンなど、最も有望な治療法の方向性についても議論する。

世界保健機関（WHO）は、2020年から 2030年を「健康的な老化の10年」と宣言している（1）。この10年を高齢化の10年とすることで、WHOは過去100年の間に人間の平均寿命が急激に伸びていること、そしてこの現象が人類にもたらす大きな課題に注目したいと考えている。平均寿命は10年ごとに2～4年ずつ伸びており、1950年代には45歳、1980年代には60歳、現在は75歳となっている(2)。健康的な高齢化の10年は、私たちの地球は劇的に変化しており、現在の60歳以上の人口の割合（17%）は、わずか30年から40年で2倍になるという接近した問題に取り組むための試みである。今後30年で世界の3分の1の人が高齢者になるという事実は、医療、社会、技術の分野で全く新しい戦略の採用を促している(3)。

血管疾患と二大死因である心臓虚血と脳虚血に加えて、神経変性とそれに伴う認知症が最も大きな健康負荷をもたらす健康状態である。アルツハイマー病は、世界的に公衆衛生上の関心が高まっている。欧州では、推定1、050万人が認知症を患っており、その数は2050年までに1、870万人に増加すると予測されている。このような疾患を食い止めるには協調的な行動しかないため、欧州各国は欧州脳評議会（EBC）の傘の下に団結した。EBCは、科学協会、患者団体、専門職協会、産業界のパートナーを集めている。その主な使命は、脳の研究とこの分野で利益をもたらすことができるすべての活動を促進することである。主な目標は、脳疾患を抱えて生きる推定1億7、900万人のヨーロッパ人の生活を改善することである。EBCは、その専門知識とネットワークを提供して会員組織間の協力を促進し、科学者や産業界、一般社会を含むこの分野の様々な利害関係者間の協力を促進・改善している。特にEBCは、脳と脳疾患の影響に関する意識の向上と教育を奨励することの重要性を強調している。

認知症はまだ十分に認知された脅威ではない

高齢者の他の慢性疾患では、ほとんどの場合、自覚症状、痛み、障害、不快感があるが、アルツハイマー病や他のタイプの認知症では、その症状が特殊であるため、一般の人が正しく認識することはほとんどない。クロアチア脳評議会は、たった1つの質問で構成されたアンケートを作成した。”人生の成熟期に入ると、健康上の問題に直面することが予想される。その中で、あなたが最も恐れているのはどれですか？

参加者の上位には、現在ではほとんどの腫瘍性疾患が完治しているにもかかわらず、様々ながん（乳がん66人、消化器がん63人、肺がん40人）が挙げられてた。認知症は、人間にとって最も屈辱的な結果をもたらす可能性があるという事実にもかかわらず、また、完全に発達した認知症を治療するための効率的な薬剤がないにもかかわらず、参加者200人中11人しか言及していない。

認知症は、「関節の問題」（16人）よりもわずかに重要度が低く、「性的無力感」（8人）よりもわずかに重要度が高いと認識されていた。この知見は、劇的な段階的崩壊とは別に、家族への経済的負担が他のどの人間の病気よりもはるかに大きいという事実と強く矛盾している。年間コストは、ケアのレベルや国によって異なるが、それでも莫大である。

クロアチアでは5000ドルの最小値から米国では12万ドル以上（4）。EBCは、ヨーロッパでは脳疾患の年間コストの合計は9000億ユーロに達し、認知症のみのコストは患者一人当たり年間22000ユーロであったことを実証した。高齢者の数が今後数十年で倍増することを知っているとき、すべてのケースに特化した介護者の数を知っているとき、そして最近の研究が新しい治療法の選択肢を提供できなかったことを知っているとき、それは明らかに緊急の行動が必要である。

早期診断と個別化アプローチが認知症治療のポイント

これまでのところ、新しい認知症治療薬の臨床試験の大半は失敗に終わっている。これは、脳が生まれながらにして複雑であり、個性が強いことに起因していると考えられる。脳の病気は多因子性で、非常に複雑な背景を持ち、発症や進行も様々である。さらに、明らかな症状が現れるのは、通常、病気が進行の最終段階に入ってからである。

したがって、認知症治療を改善するためには、以下の2つの主要な戦略的方向性があると認識している。1）症状が出る前に病態を発見すること、2）個別化された治療アプローチ(5)である。) 個別化されたアプローチは、インスリン抵抗性（6）、ホモシステイン値の上昇（7）、運動不足（8）、睡眠不足（9）、様々な有害因子（10）などのパラメータを修正することで特に効果的である（表1）。

これらの因子は、重要な数のニューロンの機能を損なうが、非常に個人差がある。神経変性疾患を治療する安価だが非常に効果的な方法は、間欠的な断食、すなわち24～48時間の断食期間を繰り返す断食レジメンと、12～20時間の断食期間を毎日行う時間制限付き給餌である(11)。このように、これらのパラメータを調整することで、認知機能の低下をうまく逆転させることができる(12-15)。

もう一つの戦略は、既存の薬剤を神経変性疾患の治療に再利用することである。認可された抗うつ薬である塩酸トラゾドンと甘草に含まれる物質ジベンゾイルメタンは、確立された疾患を持つプリオン病およびタオパチー前頭側頭型認知症マウスのタンパク質合成率を回復させた(16)。De Cocoら（17）は、ヌクレオシド逆転写酵素阻害剤ラミブジンで治療した高齢マウスは、いくつかの組織でインターフェロン1の活性化と加齢に関連した炎症が抑制されたことを示している。

Zhangら（18）は、アミロイドβオリゴマーがαアドレナリン受容体2A（α2AAR）を介したノルエピネフーリン誘発シグナル伝達をハイジャックして、病原性グリコーゲン合成酵素キナーゼ3β/tauカスケードを活性化することができることを示している。

グルコセレブロシダーゼ遺伝子GBA1の変異は、パーキンソン病（PD）の最も重要な危険因子である(19)。試験管内試験（in vitro）および生体内試験（in vivo）での研究では、アンブロキソールによってβ-グルコセレブロシダーゼ酵素活性が上昇し、α-シヌクレインレベルが低下することが報告されている(19)。最近の非ランダム化非対照研究では、アンブロキソール治療は安全で忍容性が高く、アンブロキソールは血液脳関門（BBB）によく浸透することが示唆されている（19）。

アンブロキソールは有望な治療法であるが、PDの自然進行に効果があるかどうかを調べるには、プラセボ対照臨床試験が必要である。これらの薬剤はすべて、試験を受けたすべての患者に大きな個人差を示している。このばらつきの根拠を理解することは、将来の治療アプローチの一般的な有効性を向上させるのに役立つだろう。

表1　神経変性疾患治療の主な有望戦略

薬剤の再利用参考

トラゾドン塩酸塩とジベンゾイルメタン　(16)
ラミブジン　(17)
イダゾキサン　(18)
アンブロキソール　(19)
パーソナライゼーションに適した生理学的パラメータ
インスリン抵抗性　(6)
ビタミンB12とホモシステイン　(7)
身体活動　(8)
睡眠　(9)
間欠的な絶食と時間制限付き給餌　(11)
個別多因子プロトコル　(12-15)
エクソソーム　(37、38)
電磁界　(39-51)
オゾン (57)

個別化されたアプローチとは別に、ここでは早期診断の必要性を強調している。いくつかの分子は前臨床ですでに明らかな有用性を明らかにしているが、いくつかの分子はまだ臨床応用に入ったばかりである。脳脊髄液（脳脊髄液）バイオマーカーには、アミロイドβ（アミロイドβ42、アミロイドβ42/40）、総タウ（T-tau）、リン酸化タウ（P-tau 181）などがある。

これらのバイオマーカーは、疾患の初期段階での診断精度が高い。多くの研究で、アミロイドβ患者はT-tauおよびP-tauタンパク質のレベルが上昇し、βアミロイドのレベルが低下していることが示されている(20)。脳脊髄液中の他の最も有望なバイオマーカーには、ミクログリアによって発現する膜貫通型受容体であるTREM2（21）や、脳内の神経保護および神経毒性プロセスに関与する神経細胞のカルシウム感知タンパク質であるビシン様タンパク質1がある。

これは神経損傷のマーカーであり、T-tauおよびP-tau 181とよく相関している(22)。ニューログラニン（NGRN）はシナプス後タンパク質であり、主に皮質領域で発現し、認知に関連している。NGRN レベルの低下は、アルツハイマー病によって最も影響を受ける脳の大脳皮質と海馬領域で見られる。NGRNは認知障害の進行を予測するために使用することができ、シナプスの損失を示すことができる(23)。APP切断酵素1（BACE-1）のβサイトは、APPタンパク質の切断に重要なβセクレターゼであり、その結果生じるペプチドは凝集して細胞外プラークを形成する。

この酵素のレベルは、健常対照者や他の形態の認知症患者と比較して、アルツハイマー病患者で上昇している(24)。カリクレイン-8（KLK8）は、初期の認知症患者の海馬でアップレギュレートされたプロテアーゼ（ニューロプシン）である。中等度の認知症では短期的にKLK8を阻害することで、アルツハイマー病の特徴が緩和されることが報告されている(25)。

これらのバイオマーカーを認識する上での大きな障害は、血液中での入手が困難であるか、あるいは存在しないことである。脳脊髄液採取やその他の侵襲的で複雑な方法の必要性を克服するために、いくつかの新しいコンセプトが開発されてきた。その中には幹細胞技術に基づいたものもあり、生物医学における新たな治療法の選択肢を提供し続けている。

研究(26)や治療への応用(27、28)だけでなく、幹細胞は早期診断にも新たな可能性を提供している。幹細胞を用いた最も革新的なアプローチの一つが、Omnion Research Internationalが所有する「Check My Brain」プラットフォームである(29)。これは、毛髪をニューロンに変換するという簡単な手順を提供しており、3つの情報セットを提供する。

1）細胞培養を用いたバイオマーカーの検出による脳疾患の早期診断、
2）バイオマーカーレベルの変化を評価することによる疾患進行の予後、
3）個々の脳細胞に利益をもたらす可能性のある食事、サプリメント、その他のアプローチに関する個別化された指示である。

目に見える症状が出るずっと前に病気を発見することと、個人に合わせたアプローチを組み合わせることで、「Check My Brain」は、神経変性疾患の脅威に対処するために必要な方向性を示している。

認知症対策の新たなツールとしてのエクソソーム

老化は自然なプロセスであると同時に、その過程で起こる病気や障害はそうではない。ヨーロッパだけでも、2050年までに認知症の患者数は43.85%増加すると予測されており、現代社会に大きな経済的・健康的負担を強いることになる。

細胞外小胞（EV）は、細胞から放出される小さな膜状粒子である。最も広く研究されているEVはエクソソームである。エクソソソームは、エンドソームとマイクロベシクルから派生したもので、細胞質膜の外側への出芽から発生する(30)。エクソソソームの内容物は、親細胞と密接に関連しており、多様なタンパク質、脂質、ノンコーディングRNA（サーキュラーRNAやマイクロRNA[miRNA]を含む）、およびエクソソソームの内容物を隣接する細胞またはより遠くの細胞に輸送する可能性のある他の分子を含む。エクソソソームは、最大11 261個のタンパク質、2375個のmRNA、および764個のmiRNA配列を含むことができる(31)。脳疾患の主要な障害の1つはBBB不透過性であるため、エクソソームは他のほとんどのアプローチに比べてユニークな利点を提供する。中枢神経系では、ニューロンと神経グリア細胞の両方がエクソソソームを細胞外環境に分泌・放出することができ、エクソソームの多様で重要な機能が示唆されている(33)。発信元の細胞でパッケージングされた貨物を輸送するEVの能力により、神経疾患、特にミスフォールドタンパク質に関連した神経変性疾患の発症におけるEVの役割が注目されるようになってきた。

神経変性疾患には、異なるタンパク質がミスフォールドされて特定の領域に沈着するという共通のメカニズムがある(34)。開始因子が細胞内に出現した後、それらの細胞外空間への送達は、エキソソームを潜在的なキャリアとして使用して加速される。細胞外液に放出されるタウタンパク質の多くは、中間領域のタウが切断されていることから(35)、疾患の進行に必要な完全長のタウは、実際にエクソソソームによって運ばれるのではないかという仮説は興味深いものである。さらに、アルツハイマー病患者のプラークでは、アミロイドβペプチドが特定のエクソソーム蛋白質（Alixなど）とコロケーションしていることから、アミロイドβペプチドは、少なくとも一部の特定のケースでは、アルツハイマー病において神経細胞から分泌されるエクソソームの上に沈着している可能性があることが示唆されている（36）。

エクソソソームはキャリアとして利用されるだけでなく、脳疾患の診断にも利用される可能性がある。体液中のエクソソームの検出は、診断を改善し、明らかな臨床症状が現れる前に病理過程の生物学的活性をモニタリングするための新しいツールになりつつある。実際、エクソソソーム中に存在する毒性タンパク質は、様々な神経変性疾患の初期段階で検出することができる(37)。一方、治療に関わる場合、エクソソームは酸化ストレスから神経細胞を保護する強力なメッセンジャーである。また、ウイルスやナノ粒子、リポソームと比較して、治療効果、標的化能力、免疫反応の低さ、安全性に優れていることから、遺伝子治療の優れた手段として利用される可能性がある(38)。

脳疾患の治療における電磁界とオゾン

酸化ストレス、カルシウムのホメオスタシスの不均衡、ホルモン因子とは別に、アルツハイマー病はまた、炎症と細胞周期の障害によって特徴付けられる。これらは、神経細胞やシナプスの深刻な喪失、反応性グリア症を引き起こし、軸索周囲の自然電磁場（EMF）の性質を変化させる可能性がある（39）。最近、加齢に関連した生理学的および病理学的認知障害を改善するために、電磁場を用いた非侵襲的な脳刺激のためのさまざまな方法が登場している。これらの治療法はすべて、EMFの主な特性である、近傍の荷電細胞や分子に影響を与える能力に大きく依存している。

不安やパニック障害の治療で成功した後、反復経頭蓋磁気刺激（rTMS）は、最近、アルツハイマー病治療で話題になっている。この方法は、電気パルス発生器と頭皮の上に配置された磁気コイルを使用して、電磁誘導を介して、引き起こすか、または神経細胞を介して電流の流れを増加させるために、所望の領域に変化する磁場を適用するために（40）。特にアルツハイマー病に関しては、パルス印加が終了した後でも、rTMSは皮質の興奮性を調節し、長期的な神経可塑性の変化を誘導することができることが、様々な研究で示されている(41-43)

rTMSと同様に、経頭蓋直流刺激は、電極を介して一定の低直流を適用し、膜脱分極に影響を与え（44）、N-メチル-D-アスパラギン酸受容体の変化を引き起こし、長期的な増強のようなメカニズムを開始する（45）。

他のタイプの電磁場療法（EMF）は、アルツハイマー病の病因と接続された様々な分子機構だけでなく、脳の自然な電気活動に影響を与えるために研究されている（46、47）。その一つが深部脳刺激であり、これはチタン製のハウジング内に電極を含む植え込み型の神経刺激装置と電池源を使用する。これは、主に運動障害や抑うつ性障害、慢性疼痛などを治療するために、標的となる部位に電気的インパルスを送るものである。しかし、最近では、アルツハイマー病関連の記憶障害の治療に関しても研究が進んでいる(48、49)。

また、低周波電磁場（LF-EMF）を用いたmiRNAの変調についても前臨床研究が行われている。miRNAはアルツハイマー病の病因に関与する重要なタンパク質の発現を調節するので、これらの研究はLF-EMFがmiRNAの発現を変化させる能力という点で興味深い結果を示している(50)。miRNAを介したエピジェネティックな制御を開始することにより、LF-EMFはアルツハイマー病患者で発生している規制緩和された分子経路のリバランスをとることができるかもしれない。このプロセスの背後にある主な分子メカニズムは、β-セクレターゼの減少を伴う-アミロイドβ（アミロイドβ）の形成に反するであろう電磁場の保護機能を示唆している-およびBACE1の負のレギュレータであるmiR-107の発現の増加(50)。同様に、マウスモデルでは、ラジオ波電磁場は、脳全体のアミロイドβプラークとアミロイド前駆体タンパク質（APP）を減少させることが示されているが、その効果はアルツハイマー病のステージに依存していた（51）。

しかし、アルツハイマー病の診断と治療の分野では、電磁場治療だけが革新的なアプローチではない。新しい診断法や個別化された検出技術が研究されており、その一つが連続波ミューオンビームの使用である。ミュオンは、電子（-1 e）と同じ電荷を運ぶが、半分の整数のスピンを持つレプトンとして特徴づけられた素粒子の一種である。ミュオンは電子の207倍の重さがあり、そのため、より均一な線量を維持しながら対象物や組織の奥深くまで透過することができる(52)。Bossoniらは、フェリチン、鉄を貯蔵するタンパク質のミネラルコアの組成を調べる目的で、アルツハイマー病患者でミュオンスピン回転実験を行った(53)。アルツハイマー病患者はしばしばフェリチンの鉄コアの組成が変化しているので、著者らは、アルツハイマー病患者と健康なコントロールの新鮮な冷凍脳半球から単離されたフェリチンタンパク質の構造を調査した。アルツハイマー病を持つ患者から分離されたものは、結晶相が含まれている間、興味深いことに、コントロール患者から分離されたフェリチンは、フェリハイドライトと互換性のある鉱物が含まれてた、おそらく磁鉄鉱またはマグヘマイトと互換性がある。このことはさらに、認知症研究のための新しい診断法や実験ツールを開発することの重要性を強調している(53)。

最近注目されているもう一つのアプローチは、オゾンの治療応用である。オゾンは荷電した無機分子であり、電気的活性を介して細胞膜のリン脂質に影響を与え、イベントの下流のカスケードを引き起こす。古典的な単分子薬理学的原理とは異なり、オゾンは多くの二次化合物を生成し、サブマイクロモル濃度で様々な反応を引き起こす(54)。殺菌剤としての用途で知られているだけでなく、オゾンには強い免疫調節作用や治癒作用があり、口腔内の傷や痛みの治療に使用されている(55)。興味深いことに、私たちの未発表のデータと最近発表された別のグループのデータの両方が、オゾンが神経系細胞に様々な影響を与えることを示唆している(57)。オゾンの適用の最も顕著な結果は、APPの蓄積への影響であり、これはアルツハイマー病に冒されたマウスの認知状態を改善する(57)。

結論として、ここでは、高齢化社会の最大の脅威の一つとして認知症を広く認識することを共同で呼びかけることを発表した。早期診断と個別化・精密治療のための革新的なアプローチの翻訳：新しい基準を設定する真に協調した国際的なアクションの必要性がある。このようにして初めて、私たちは長い人間生活の恩恵を享受し、健康的な老化を基本的人権として認識することができるのである。