image: 研究團隊採用香港唯一一部、香港城大獨有的3T磁力共振小動物掃描儀，在小鼠身上進行實驗。左邊的電腦屏幕顯示小鼠的維生指數如脈搏和呼吸，右邊屏幕顯示小鼠的腦部影像。 view more
Credit: 香港城市大學
阿茲海默症是認知障礙症最常見的一種，由於症狀與正常衰老有很多相類似，診斷難度甚高。由香港城市大學（香港城大）和約翰．霍普金斯大學（Johns Hopkins University）科研人員聯合組成的團隊，於磁力共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）的基礎上，研發出一種嶄新、非侵入性的分子成像方法，可以測量出腦淋巴系統中的葡萄糖水平的動態變化。他們的研究成果或有助於在早期就能診斷出阿茲海默症，以便及早開展治療。
香港城大生物醫學工程學系副教授陳葦恩博士的研究團隊與美國、瑞典和香港的科學家，攜手完成了這項創新的預臨床研究。他們的研究成果剛在最新一期的科學期刊《科學進展》（Science Advances）上發表，題為〈Altered D-glucose in brain parenchyma and cerebrospinal fluid of early Alzheimer’s disease detected by dynamic glucose enhanced MRI〉。
阿茲海默症的蛛絲馬跡
陳博士解釋說：「識別阿茲海默症的棘手之處，在於人腦的早期異常，例如澱粉樣蛋白斑塊的出現，都與正常衰老情況相似。直至出現症狀才被診斷出患上阿茲海默症的患者，他們的大腦都已經因為斑塊沉積而妨礙了認知功能，實際上很大機會已發展至阿茲海默症的中期或晚期。但其實，早在症狀出現之前的15或20年，大腦已經發生了病變。」
近期的研究發現，早期阿茲海默症的徵兆之一，是腦淋巴系統（glymphatic system）的廢物清除率出現異常。腦淋巴系統是大腦的淋巴系統，就像大腦的排污系統，腦脊髓液（cerebrospinal fluid）會流經名為腦實質（brain parenchyma）的大腦組織，有效地帶走大腦中的葡萄糖及蛋白質廢物等溶解物。
目前，可以在醫院進行正電子放射斷層掃描（PET），來評估大腦的葡萄糖攝取和新陳代謝情況。然而，這種需要注射放射性顯影劑的成像方式不僅價格昂貴，而且屬於入侵性的檢查，因而窒礙了其廣泛的臨床應用。此外，由於顯影劑具放射性，患者不能太頻繁地進行這種掃描。
陳博士與團隊便花上將近兩年時間，找尋替代正電子放射斷層掃描的更佳辦法。他們成功開發出一種基於動態化學交換飽和轉移磁力共振成像（Chemical Exchange Saturation Transfer MRI, CEST MRI）的新分子成像方法，可以無創地評估小鼠大腦腦淋巴系統的葡萄糖攝取及清除率。陳博士說：「CEST MRI一向被用來診斷腦腫瘤，這是首度用於評估大腦腦淋巴系統的功能。」
葡萄糖：評估大腦腦淋巴系統功能的示蹤劑
研究團隊採用香港唯一一部、香港城大獨有的3T 磁力共振小動物掃描儀進行實驗。研究人員首先向分別為6個月大和16個月大、患有阿茲海默症的基因改造小鼠，以及健康的小鼠注射葡萄糖，然後使用CEST MRI同時測量小鼠腦脊髓液和腦實質中葡萄糖的動態反應過程。
根據他們實驗所得的磁力共振結果，患阿茲海默症小鼠的腦脊髓液的葡萄糖清除率，明顯低於同齡的健康小鼠，這與之前的神經病理學的研究結果一致。陳博士解釋說：「清除率降低的原因，正是由於大腦的腦淋巴系統出現了異常。」
此外，與6個月大的健康小鼠相比，在同齡並患上阿茲海默症小鼠的腦實質中，檢測到明顯較高的葡萄糖攝取量。而與16個月大的健康小鼠相比，同齡、患阿茲海默症小鼠的腦實質和腦脊髓液中，葡萄糖攝取量均顯著比較低。這些結果都與過往使用其他方法的研究發現吻合，也可以作為從正常衰老情況中識別出阿茲海默症的標記。
腦脊髓液和腦實質中葡萄糖攝取和清除率的成像，令研究人員可以評估腦淋巴系統的功能。重要的是，於阿茲海默症的早期，當大腦只是出現輕微神經病變的時候，上述的異常已經可以被檢測到。陳博士與研究團隊相信這種對腦淋巴系統的非侵入性評估方法，可以作為成像的生物標記，揭示阿茲海默症的早期病理。
「我們的成像方法用葡萄糖作為『示蹤劑』，於阿茲海默症的早期，已能靈敏地於分子層面檢測到腦淋巴系統功能上獨特的改變，從而協助我們將阿茲海默症與正常衰老區分開來。」陳博士進一步說：「此外，葡萄糖既天然又能生物降解，並且在醫院中常用，例如病人會接受葡萄糖耐量測試。將葡萄糖用作磁力共振的示蹤劑，既無創，又安全。」
成本低兼容易轉移技術
陳博士指出，診所或醫院中常用的磁力共振儀可以兼容這種新研發的成像方法，意味著轉移到臨床應用時成本上較低，技術上也較容易。她續說：「小鼠的大腦體積細小，但我們只是運用3T（低磁場強度）磁力共振儀已經可以識別出牠們腦部腦淋巴系統的變化；人腦體積相比之下大很多，因此，我們預計用這種新的成像方法，會更容易檢測到變化。」
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及早發現和治療阿茲海默症，可以阻止或減慢病情發展至影響患者日常生活的破壞性階段。陳博士相信「這有助減輕老齡化社會的照顧負擔」，並希望可以於三年之內開展臨床試驗。
陳博士與來自約翰．霍普金斯大學醫學院的助理教授許加迪博士，是論文的共同通訊作者。論文第一作者是香港城大生物醫學工程學系博士生黃建攀，其他共同作者包括同系的博士生韓雄奇和黎皓致。研究團隊的成員還包括約翰．霍普金斯大學醫學院的 Peter C. M. Van Zijl教授、香港大學的吳學奎教授以及來自瑞典隆德大學（Lund University）的Linda Knutsson教授等等。
這項研究獲得香港城大、香港研究資助局、美國國家衛生研究院、瑞典研究理事會以及瑞典癌症協會的資助進行。
Journal
Science Advances