40Hz魔法失灵：声光刺激或对阿尔茨海默病无效？
The following article is from NeuS Author 郑宸
「神经现实」旗下商业科技服务平台，长期观察脑科学相关产业的科研进展、应用转化、政策动向和投融趋势等，致力于连接科学界与产业端，助力行业产学研发展。
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种以认知下降为特征的神经退行性疾病，其发病率随年龄增长不断上升。目前，全球约有3300至3850万人罹患AD，而随着人口老龄化的加剧，到2050年，患者人数将激增至1.52亿。遗憾的是，目前尚无能有效治疗AD的药物。
近年来，研究发现40Hz声光刺激可以改善大脑功能，治疗AD。这种无创且便宜的疗法一度引起了人们的大量关注，相应的临床试验也随之展开。然而，近期发表于《自然-神经科学》上的一项研究却为该疗法的疗效画上了一个大大的问号。
Soula, M., Martín-Ávila, A., Zhang, Y. et al. Forty-hertz light stimulation does not entrain native gamma oscillations in Alzheimer’s disease model mice. Nat Neurosci (2023). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01270-2
01
40Hz声光刺激治疗AD
在AD的影响下，大脑γ频段（20–50 Hz）的神经震荡会发生变化。但γ震荡和AD之间的关系却一直未被厘清。直到2016年底，麻省理工学院的蔡立慧（Li-Huei Tsai）教授团队的一项研究登上《自然》，石破天惊。
研究先是通过光遗传方法，发现以40Hz的频率刺激快速发放的小清蛋白阳性中间神经元（fast-spiking parvalbumin-positive interneurons）能降低小鼠Aβ40和Aβ42水平，减少与小胶质细胞形变相关基因的表达并促进其与的Aβ的共定位。令人震惊的是，研究者随后尝试使用非侵入性的外部40Hz闪烁光源视觉刺激小鼠，发现小鼠视觉皮层的Aβ40和Aβ42也减少了！
接下来，在2019年发表于《细胞》的研究中，蔡教授团队发现除了光刺激外， 使用40Hz的声音刺激也能奏效。在接受连续一周每天一小时40Hz声刺激后，AD小鼠的小胶质细胞、星形胶质细胞和脑血管的激活发生改变，听觉皮层和海马的Aβ减少，磷酸化的tau蛋白水平降低，空间记忆与再认记忆有所提升。研究进一步将声音和光刺激结合起来，发现效果更佳：小胶质细胞在声光刺激下聚集在Aβ斑块周围，整个新皮层的Aβ斑块都减少了。
40Hz刺激治疗的魔力来自何方？蔡教授另一篇发表于《神经元》的论文提供了解答。他们发现，声光刺激通过调控AD小鼠视觉皮层、海马和前额叶的γ震荡，减少AD小鼠多脑区神经元和突触损失，改善突触功能，增加神经保护因子，减少神经元DNA损伤，抑制小胶质细胞炎症反应以调控认知功能。
为了探寻40Hz声光刺激治疗AD的临床潜力，蔡立慧教授与爱德华·博伊登（Edward Boyden）成立了Cognito Therapeutics公司开展相关临床试验。在2021年的AD/PD会议上，Cognito Therapeutics公布的一项多中心随机对照II期临床试验（NCT-03556280）结果表明，经过6个月的治疗，轻中度AD患者对40Hz声光刺激（GammaSense）的耐受性良好。与安慰剂/假刺激组相比，治疗组在ADCS-ADL和MMSE两项量表评估下的认知衰退分别减缓了84%与83%，AD相关脑萎缩也减少了61%。同年，GammaSense获得FDA的突破性医疗器械（Breakthrough Device Designation）认证。
去年12月，Cognito Therapeutics开始招募345位AD患者参与其III期试验，预计将在2025年完成。
02
反转
就在该疗法顺风顺水走向临床之际，事情却出现了反转。3月6日，纽约大学的尤里·布扎基（György Buzsáki）团队在《自然-神经科学》上发表的论文表明，40Hz光刺激对AD小鼠的作用或许并没有那么显著。
研究首先用免疫组化的方法研究了40Hz光刺激对AD小鼠的作用。不同AD阶段的小鼠经过一小时刺激后，总体而言，虽然接受刺激的小鼠新皮层中Aβ有所减少，但与对照组相比并无显著差异。单独分析每组数据发现，有一组小鼠的Aβ水平在接受刺激后显著下降，作者认为这是Aβ分布的差异性导致的。接下来，研究连续七天每天用40Hz光源刺激AD小鼠一小时。结果表明除了V1区的A β42减少外，实验组和对照组其他区域的A β40和A β42均无显著差异。
通过双光子成像观察活体小鼠脑内的A β和小胶质细胞，发现与对照组相比，40Hz光刺激后小鼠脑中出现A β的区域、V1区小胶质细胞占据的面积比、小胶质细胞的周长、密度、分枝数和胞体大小均未出现变化。
利用多位点硅探针记录小鼠神经元活动，发现30分钟的40Hz光刺激不能调控小鼠V1、EC和CA1等脑区的局部场电位γ频段的功率。相反，刺激诱使V1区在40Hz出现了一个窄带稳态响应。
行为学实验表明，小鼠厌恶40Hz光照，并倾向于待在有连续光照的环境中。
03
展望
与已有的实验结果相悖，纽约大学的研究发现40Hz光刺激并不能影响AD小鼠脑中的Aβ水平与小胶质细胞形态，40Hz光刺激对AD的治疗效果或许不是通过改变内源γ震荡产生的。
40Hz声光刺激治疗AD就此无效了吗？答案也不尽然。首先，影响生物实验结果的因素繁多，在所有研究都不存在造假的前提下，某个实验关键实验步骤的差异、小鼠的品系的不同、环境的细小改变都有可能导致实验结果相差甚远。其次，新研究聚焦于小鼠脑中Aβ和小胶质细胞的变化，并未探索40Hz声光刺激对小鼠认知功能的影响，相较而言，后者是更为重要的指标。临床试验结果喜人的声光刺激疗法或许依旧有效，但可能是通过其他途径产生作用。
正如新研究的作者所言，对40Hz声光刺激疗法的开发仍需经过进一步的探索，但他们的结果不也应被视作反对其治疗AD的证据。
AD向来是新药研发的难点，哪怕在药企数千亿的投入下，上市的新药也是屈指可数。近期由卫材和渤健开发的单抗药物Leqembi即将全面上市，虽然它能显著减缓认知衰退，但其2.65万美元/年的售价却让许多病人无法承担。若非出自麻省理工大牛之手，发表于《自然》、《细胞》等顶级杂志上，大多数人都会对声光刺激治疗AD的方法嗤之以鼻。而一旦声光刺激顺利通过进一步的临床检验，其将给AD患者带来巨大的福祉，届时，只要一盏LED灯，甚至一个手机APP，就可用来抵御AD这只蚕食人心智的恶魔。
参考文献
作者：郑宸 | 封面：freepik
编辑：光影 | 排版：光影