개인적으로나 사회적으로나 알츠하이머는 무서운 병이다. 개인에게는 돌이킬 수 없는 고통을 안겨주고, 사회에는 그 어느 사회적 비용보다 더 많은 비용을 부담시킨다. 이미 미국에서만 수백만 명이 이 병으로 고통받고 있다. 다행스러운 점은 이 병에 대한 전 세계적인 연구들이 돌파구를 찾아내고 있다는 것이다. 앞으로 이 병은 어떻게 될 것인가?
오늘날 알츠하이머 병은 전 세계적으로 5천만 명 이상의 사람들에게 영향을 미치고 있다. 이 증상에는 진행성 기억 상실뿐만 아니라 운동, 추론, 판단력 장애가 포함된다. 사실 알츠하이머 병은 증상이 발현되기 20년 이상 훨씬 이전에 뇌에 영향을 미친다. 하지만 환자는 일반적으로 기억력에 문제가 발생하기 시작할 때가 되어서야 진단과 치료를 받고 있고, 이것이 현재 큰 문제가 되고 있다.
알츠하이머 병에 대한 치료법이나 예방 방법을 찾지 못하면 문제는 훨씬 더 악화될 것이다. 미국에서 알츠하이머 병은 현재 600만 명이 넘는 사람들에게 고통을 주고 있고, 알츠하이머 협회(the Alzheimer’s Association)는 현재 이들의 치료 비용이 연간 3,550억 달러에 달하는 것으로 추산하고 있다. 게다가, 미국에서만 1999년과 2019년 사이 전체 인구에서 알츠하이머로 인한 사망률이 10만 명당 16명에서 30명으로 크게 증가했다. 이는 88% 증가한 수치다!
2021년 알츠하이머협회 국제컨퍼런스(Alzheimer’s Association International Conference: AAIC 2021)에서 워싱턴 대학 의과대 연구팀은 전 세계적으로 치매 환자 수가 2050년까지 거의 3배 증가하여 1억 5200만 명 이상에 이를 것으로 보고했다.
문제는 현재 선진국에 사는 수많은 사람들에게 영향을 미치는 대부분의 치명적 질병과 달리 의사들이 알츠하이머를 실질적으로 유효한 방식으로 그 원인을 진단, 예방, 치료할 수 없다는 것이다. 심지어 그 원인을 설명하지도 못한다. 다행스러운 점은 그렇다고 해도 전 세계 수천 명의 연구원들이 이 문제에 대해 심도 깊게 연구를 진행해왔고, 이제 점점 더 많은 연구 작업들이 결실을 맺을 것 같다는 것이다.
그 시작점으로 최근 보스턴 의과 대학(Boston University School of Medicine) 연구팀은 심각한 치매 사례 비율과 중증, 경증 치매 사례 비율에 대해 연구했고, 50.4%가 경증, 30.3%가 중증, 19.3%가 심각임을 발견했다.
또 다른 연구에 따르면, 성격적 특성이 치매 발병 여부를 결정하는 데 일정한 역할을 하는 것으로 나타났다. 샌프란시스코 캘리포니아 대학(University of California San Francisco) 연구팀은 혁신적인 통계 방식을 활용하여, 20세에서 89세 사이 약 15,000명의 참가자를 대상으로 우울증 증상의 평균 궤적을 예측했는데, 이를 노년기, 중년기, 청년기로 분류한 3단계로 구분했다.
이후 연구팀은 이렇게 예측된 궤적을 적용하여 약 6,000명의 고령 참가자 그룹에서 이들이 성인 초기에 우울 증상 증가가 있는 것으로 추정되는 경우 73% 더 높게, 성인 초기 이후에 우울 증상 증가가 있는 것으로 추정되는 경우 43% 더 높게 인지 장애 확률이 있음을 발견했다.
몇 가지의 메커니즘은 우울증이 치매 위험을 어떻게 높이는지 설명한다. 그중 한 가지는 중추 스트레스 반응 시스템의 과잉 활동이 글루코코르티코이드(glucocorticoids)로 불리는 스트레스 호르몬의 생산을 증가시킨다는 것이다. 이 과도한 호르몬은 새로운 기억을 형성, 조직, 강화하는 데 필수적인 뇌의 일부인 해마를 손상시킨다. 인구의 최대 20%가 일생 동안 우울증을 앓기 때문에 이것을 치매와 관련된 위험 요소로 인식하는 것이 중요하다.
또 다른 최근 연구에서 네바다 대학 라스베이거스(University of Nevada, Las Vegas) 연구팀은 당뇨병 치료가 제대로 이루어지지 않은 사람들에게서 발견되는 만성 고혈당이 ‘정보를 단기적으로 기억하며 능동적으로 이해하고 조작하는 과정’인 작업 기억(作業記憶, working memory) 수행을 손상시키고, 알츠하이머 병에 기여하는 작업 기억 네트워크의 근본적인 양상을 변화시킨다는 사실을 발견했다.
왜 그럴까? 연구팀은 기억을 형성하고 끄집어내는 데 중심이 되는 뇌의 두 부분 ‘해마’와 ‘전대상피질(anterior cingulate cortex)’이 고혈당으로 인해 과도하게 연결되거나(over-connected) 과동기화됨(hyper-synchronized)을 발견했다. 연구가 계속 진행 중이지만 당뇨병 환자와 당뇨병 이전 단계에 있는 사람들이 혈당을 주의 깊게 조절해야 하는 또 다른 이유를 이 연구는 분명히 지적하고 있다.
한편 호주 벤틀리 대학(Bentley University) 연구팀은 알츠하이머와 관련된 잠재적으로 더 중요한 인과 요인을 발견했다. 간에서 만들어지는 아밀로이드 단백질은 뇌의 신경 퇴행을 유발할 수 있다. 아밀로이드 단백질은 알츠하이머 병의 발병에 핵심적 역할을 하는 것으로 생각되기 때문에 이 결과는 간이 알츠하이머 병의 발병이나 진행에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다. 혈액 내에 독성 단백질 침착물의 과다는 간에서 시작되고, 이는 개인의 식단과 지방 단백 아밀로이드를 표적으로 하는 약물을 통해 해결할 수 있다. 이러한 간 중심 요법은 잠재적으로 알츠하이머 병의 진행을 늦출 수 있다.
수면은 알츠하이머 병을 예방하는 데 도움이 될 수 있는 또 다른 생활 습관 요소이다. 인간과 실험쥐 모델에 대한 여러 연구에 따르면 수면 장애는 뇌에서 아밀로이드 베타와 같은 질병 관련 단백질의 축적을 증가시켜 알츠하이머 병의 위험을 높인다. 새로운 연구에서 베일러 의과대학(Baylor College of Medicine)의 연구팀은 새로운 연구를 통해 정상적 수면을 회복하면 시상 망상 핵이라는 뇌 중추가 정상 작동되어, 뇌의 아밀로이드 베타 플라크 축적을 감소시킨다는 사실을 발견했다. 수면 장애는 폐쇄성 수면 무호흡증이나 하지불안 증후군과 같은 상호 간에 관련 없는 원인으로 인해 발생할 수 있기 때문에 수면과 관련된 위험을 해결하려면 2차 조건들을 함께 처리해야 할 수도 있다.
2021년은 알츠하이머 병의 조기 진단을 위한 기술 개발 측면에서도 중요한 해였다.
역사적으로 알츠하이머 병은 인지 검사나 뇌 스캔을 통해 발견되었다. 즉, 이러한 검사나 스캔은 장애가 시작된 이후 발견에나 유용한 것이지, 예방의 측면에서는 너무나 늦은 조치일 수밖에 없다. 이에 홍콩의 한 연구팀은 최근 ‘알츠하이머협회 저널(Journal of the Alzheimer's Association)’에 알츠하이머 병의 조기 발견 및 스크리닝을 위한 간단하지만 강력한 혈액 검사를 발표했다. 정확도가 무려 96% 이상이다! 이 새로운 테스트는 19개의 바이오마커 단백질 패널을 사용하여 미래에 알츠하이머병에 걸릴 사람들을 식별하는 것이다.
이 질병이 어떻게 작용되고, 어떻게 감지되는지에 대한 이해도가 높아진 것과 별도로, 2021년에는 예방과 치료 측면에서 매우 유망한 몇 가지 발견이 있었다. 그중 일부는 놀라운 식이 요법과, 또 일부는 다른 진단에 대해 이미 승인된 약물의 용도 변경과 관련되어 있다. 그리고 또 다른 일부는 완전히 새로운 치료법이다.
이중 몇 가지 중요한 식이 요법의 발견을 살펴보자.
바르셀로나 대학(University of Barcelona) 연구에 따르면, 알츠하이머와 기타 치매의 인지 저하 및 진행을 예방하기 위한 전략으로 생활 방식과 식단은 결정적 역할을 한다. ‘분자영양 & 식품연구(Molecular Nutrition and Food Research)’ 저널에 발표된 12년간의 연구에 따르면, 과일, 채소 등 식물성 식품의 섭취가 높을수록 노화로 인한 인지 기능 저하의 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있는 폴리페놀 및 기타 생리 활성 화합물이 활성화된다. 이러한 결과는 노인의 인지 장애 예방과 코코아, 커피, 버섯, 적포도주, 사과, 코코아, 녹차, 블루베리, 오렌지, 석류와 같은 폴리페놀이 풍부한 식품에서 파생된 대사물질 사이의 연관성을 보여주었다.
마찬가지로 필수 아미노산이 풍부한 식단은 알츠하이머 병을 예방하는 데 도움이 될 수 있다. 일본의 한 연구팀은 알츠하이머 병에 대한 실험쥐 모델을 사용하여 특정 아미노산 세트를 섭취하면 뇌 세포의 사멸을 억제하고 이들 사이의 연결을 보호할뿐더러 염증을 감소시켜 뇌 기능을 보존할 수 있음을 보여주었다. 이 연구는 아미노(Amino) LP7로 불리는 아미노산 조합이 알츠하이머 병의 발병을 방해할 수 있음을 시사한다.
또한 호주 연구팀은 정상보다 많은 양의 커피를 마시는 사람들이 나중에 알츠하이머 병에 걸릴 가능성이 낮다는 것을 발견했다. ‘프론티어 인 에이징 뉴로사이언스(Frontiers in Aging Neuroscience)’ 저널에 발표된 이 연구는 이러한 결과가 카페인과 커피에서 발견되는 다른 분자의 조합으로 인한 것임을 보여주는 것으로 추측하고 있다. 저명한 국제 학술지 ‘플로스 메디슨(PLOS Medicine)’에 발표된 또 다른 연구에서는 매일 4∼6잔의 커피나 차를 마시는 것이 뇌졸중과 인지 장애를 감소시키는 것으로 나타났다.
‘프론티어 인 에이징 뉴로사이언스’ 저널에 발표된 임상전 시험(preclinical study)에 따르면 바질을 비롯한 일부 식물에 풍부한 천연 화합물 펜콜(fenchol)이 알츠하이머 병리로부터 뇌를 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 이 과정에서 사우스 플로리다 대학 연구팀은 펜콜이 알츠하이머 뇌의 신경 독성을 감소시키는 방법을 설명하는 장내 미생물군유전체와 관련된 감지 메커니즘을 발견했다. 이 발견이 인간에게 가장 효과적으로 작용할 수 있는 방법을 결정하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.
이러한 식이 요법 방식 외에도 다른 조건에 대해 승인된 용도 변경 약물이 알츠하이머병 발병을 예방하고 지연시키는 가장 즉각적인 전망을 제공하고 있다. 이 범주에서는 특히 다음 3가지 혁신이 주목받고 있다.
먼저 ‘네이처 에이징(Nature Aging)’ 저널에 발표된 새로운 연구에서 비아그라의 활성 성분인 실데나필(sildenafil)이 알츠하이머 예방 및 치료에 도움이 되는 유망한 약물 후보로 확인되었다. 클리브랜드 클리닉(Cleveland Clinic) 연구팀은 실데나필이 알츠하이머 발병률을 69% 감소시키는 것과 관련이 있다고 밝혔다. 또한, 실데나필 사용은 관상 동맥 질환, 고혈압 및 제2형 당뇨병이 있는 개인에서 알츠하이머 발병 가능성을 감소시켰다. 이미 실데나필을 다른 조건으로 사용하고 있는 사람들은 이제 이를 사용해야 하는 추가 이유가 발생한 것이다.
둘째, 일본의 한 과학자는 소마토스타틴(somatostatin)이라는 비교적 저렴한 약물이 실험쥐 모델에서 알츠하이머 병을 예방하는 데 효과적이라는 것을 발견했다. 연구에 따르면 소마토스타틴을 사용하여 ENSA라는 단백질의 기능을 차단하면 알츠하이머 병과 관련된 뇌의 물리적 변화가 감소하고 기억력이 향상되는 것으로 나타났다. 연구자들은 이 치료법이 현재 이용 가능한 어떤 치료법보다 저렴하고 효과적일 수 있다고 믿는다. 물론 인간을 대상으로 한 실험이 준비되기 전에 더 많은 연구가 필요합니다.
셋째, 최근 ‘네이처 에이징’ 저널에 설명된 바와 같이, 연구자들은 일반적으로 사용 가능한 경구 이뇨제 부메타니드(bumetanide)를 유전적 알츠하이머 발병 위험이 있는 사람들을 치료하기 위해 용도를 변경할 주요 약물 후보로 확인했다. 연구에는 부메타니드를 복용한 사람들이 약물을 복용하지 않은 사람들에 비해 알츠하이머 발병률이 현저히 낮다는 분석이 포함되었다. 연구에 따르면 유전적 위험이 있는, 부메타니드를 복용한 사람들은 복용하지 않은 사람들에 비해 알츠하이머병 유병률이 35~75% 낮았다.
이 세 가지 솔루션의 장점은 이전에 안전성을 확립하는 데 필요한 1상 임상 시험을 완료했다는 것이다. 추가적인 질문은 알츠하이머 치료에 사용하는 데 효과적인지의 여부이다.
알프하이머 돌파구의 마지막 범주는 언젠가는 소아마비나 천연두처럼 희귀병이 될 수 있는 알츠하이머 병에 대한 진정으로 새롭고 독창적인 치료법이다. 2021년 이 새로운 돌파구가 열렸다. 다음 두 가지 발견을 보자.
첫째, 알버트 아인슈타인 의과대학(Albert Einstein College of Medicine) 연구팀은 증상이 발현된 후에도 알츠하이머를 치료할 수 있는 가능성을 보여주는 새로운 약물을 개발했다. ‘셀(Cell)’ 저널에 설명된 바와 같이 CA라고 하는 약물은 CMA라고 하는 세포 세척 과정을 지원하는 작용을 한다. CMA는 결함이 있는 타우 및 기타 단백질을 소화할 수 있다. 그러나 알츠하이머 병에 있는 결함 있는 단백질의 양은 CMA를 압도하고 근본적으로 이를 손상시킨다. CA는 주요 CMA 구성 요소의 수준을 높여 CMA 효율성을 활성화한다. 특히 CA는 결함이 있는 단백질을 재활용하는 리소좀이라는 세포 소기관에서 소위 LAMP2A 수용체의 수를 증가시키며 작동한다.
4~6개월에 걸쳐 알츠하이머 실험쥐 모델에 CA를 경구 투여한 결과 기억력, 우울증, 불안이 개선되어 조치를 받은 실험쥐가 건강한 쥐와 유사한 수준으로 회귀했다. 그리고 이 약물은 건강한 쥐와 비교하여 실험쥐의 타우 단백질과 단백질 덩어리의 수준을 유의미하게 감소시켰다. 중요한 것은 CA를 장기간 매일 투여하더라도 다른 기관에 해를 끼치지 않는 것으로 나타났다는 점이다. 연구원들은 현재 알츠하이머 및 기타 신경퇴행성 질환 치료를 위한 CA 및 관련 화합물을 개발하는 ‘셀파지 테라퓨틱스(Selphagy Therapeutics)’라는 회사를 설립했다.
둘째, ‘국제분자과학저널(International Journal of Molecular Sciences)에 게재된 바와 같이, 일본의 연구자들이 최근 알츠하이머병의 신경퇴행성 증상을 멈출 뿐만 아니라 장애의 영향을 역전시키는 것으로 보이는 SAK3이라는 새로운 치료제 후보를 발견했다. 실험쥐 시험에서, SAK3 투여는 인지 손상이 시작된 후에도 운동 기능 장애와 인지 모두에서 신경 퇴행성 행동의 진행을 유의미하게 예방하는 것으로 나타났다. 연구원들은 내년에 인간을 대상으로 한 임상 시험을 시작할 계획이다.
이러한 발견과 연구의 결론은 무엇일까?
알츠하이머 병은 21세기 인류가 직면한 가장 파괴적이고 비용이 많이 드는 만성 건강 문제이고, 이미 미국에서만 이미 수백만 명의 생명을 앗아가고 연간 최소 3,550억 달러의 치료 비용을 발생시키고 있다. 이러한 궤적에 변화를 주는 조치가 취해지지 않는 한 그 영향은 극적으로 증가할 것이고, 향후 30년 동안 적어도 3배의 사람들이 피해를 보게 될 것이다.
이 끔찍한 상황은 지난 20년 동안 알츠하이머 관련 연구의 극적 증가를 주도했다. 빠르게 가속화되는 연구는 우리가 이 질병을 이해, 진단, 예방 및 치료하는 데 더 가까이 다가가도록 하고 있다. 연구의 가속화가 계속되면서 우리는 알츠하이머 병을 관리할 수 있는 날과 점점 더 가까워지고 있다.
이러한 추세를 감안할 때 우리는 다음과 같은 미래를 예측해볼 수 있다.
첫째, 2020년대에는 알츠하이머 병에 대한 이해가 기하급수적으로 증가하여 진단, 예방, 치료에 대한 광범위한 새로운 가능성이 열릴 것이다.
루이 파스퇴르(Louis Pasteur)와 연구자들의 초기 연구가 1940년대 항생제 혁명의 토대를 마련한 것처럼 지난 30년은 알츠하이머 연구에서 엄청난 돌파구를 마련하는 토대를 마련했다. 유전체학, MRI, 질병의 동물 모델 및 방대한 병력 데이터베이스를 마침내 연구자들이 사용할 수 있게 되었다.
둘째, 알츠하이머 생체지표에 대한 신뢰할 수 있고 저렴하며 비침습적 검사가 2030년까지 널리 보급될 것이다. 비침습적 검사란 X-선처럼 인체에 고통을 주지 않고 실시하는 검사를 의미한다.
오늘날 대부분의 사람들은 측정 가능한 인지 저하를 기반으로 알츠하이머 병 진단을 받고 있다. 그러나 이 증상이 감지될 때쯤이면 질병은 이미 심각하고 현재로서는 되돌릴 수 없는 손상을 입었다고 볼 수 있다. 다행히도 알츠하이머 병에 대한 생체지표는 측정 가능한 인지 기능 저하가 있기 10~20년 전에 나타난다. 그때는 예방 조치가 여전히 취해질 수 있고 새로운 치료법이 가장 좋은 효과를 낼 수 있을 때다. 이러한 검사가 널리 보급되어 조기 개입이 가능해지면 질병의 궤적이 극적으로 변할 것이다.
셋째, 알츠하이머 병에 대한 우리의 이해가 커짐에 따라 사람들은 예방 행동을 적극적으로 채택하여 본격적인 인지 문제를 일으키는 인구의 비율을 급격히 감소시킬 것이다.
최신 연구에서 확인된 바와 같이 개인의 알츠하이머 발병 가능성을 줄일 수 있는 식이 요법, 생활 습관 및 약물 치료가 많이 있다. 사람들이 이러한 결과와 그 의미에 대해 더 잘 알게 되면 행동이 바뀌고 결과가 크게 개선될 것이다.
넷째, 2030년대 말까지 알츠하이머 병의 새로운 사례는 드물어질 것이다.
우리가 이미 저렴하게 제조하는 방법을 알고 있는 용도 변경 약물이 매우 효과적인 것으로 판명되면 특히 그럴 가능성이 크다. 우리의 목표는 진단, 예방 및 치료를 기술적이고 경제적으로 가능한 한 신속하고 광범위하게 시행하는 것이어야 한다,
다섯째, 생산성, 비용 절감, 인간의 행복이라는 측면에서 알츠하이머에 대한 정복은 전 세계 GDP에 연간 수십조 달러를 추가해줄 것이다.
알츠하이머 환자에 대한 비용은 이 병을 통제하기 전까지 계속 증가할 것이다. 하지만 이 병이 정복되면 이러한 사회적 비용이 절감될 것이고, 보다 양질의 노동 인력이 더 많은 부가가치를 창출할 수 있게 될 것이다.
Resource:
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2. PLOS Pathogens. 2021. Mohammad Khursheed Siddiqi, Chae Kim, Tracy Haldiman, Miroslava Kacirova, Benlian Wang, Jen Bohon, Mark R. Chance, Janna Kiselar, Jiri G. Safar. Structurally distinct external solvent-exposed domains drive replication of major human prions.
3. Journal of Alzheimer’s Disease. 2020. Jing Yuan, Nancy Maserejian, Yulin Liu, Sherral Devine, Cai Gillis, Joseph Massaro, Rhoda Au. Severity Distribution of Alzheimer’s Disease Dementia and Mild Cognitive Impairment in the Framingham Heart Study.
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11. PLOS Medicine. 2021. Yuan Zhang, Hongxi Yang, Shu Li, Wei-dong Li, Yaogang Wang. Consumption of coffee and tea and risk of developing stroke, dementia, and poststroke dementia: A cohort study in the UK Biobank.
12. Rohan Jagirdar, Chia-Hsuan Fu, Jin Park, Brian F. Corbett, Frederik M. Seibt, Michael Beierlein, Jeannie Chin. Restoring activity in the thalamic reticular nucleus improves sleep architecture and reduces Aβ accumulation in mice.
14. Molecular Nutrition & Food Research. 2021. Raúl González‐Domínguez, Pol Castellano‐Escuder, Francisco Carmona, Sophie Lefèvre‐Arbogast, Dorrain Y. Low, Andrea Du Preez, Silvie R. Ruigrok, Claudine Manach, Mireia Urpi‐Sarda, Aniko Korosi, Paul J. Lucassen, Ludwig Aigner, Mercè Pallàs, Sandrine Thuret, Cécilia Samieri, Alex Sánchez‐Pla, Cristina Andres‐Lacueva. Food and Microbiota Metabolites Associate with Cognitive Decline in Older Subjects: A 12‐Year Prospective Study.
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Today, Alzheimer’s disease affects over 50 million people worldwide. Its symptoms include progressive memory loss as well as impaired movement, reasoning, and judgment. And while Alzheimer’s disease affects the brain 20 years or more before symptoms appear, patients typically seek medical attention and are diagnosed only when they begin having memory problems.
Notably, the problem will get far worse if we don’t find a treatment or a preventive method. In the U.S., Alzheimer’s disease now afflicts more than 6 million people and the Alzheimer’s Association estimates that their care now costs $355 billion a year. Furthermore, the U.S. mortality rate from Alzheimer’s in the overall population significantly increased from 16 to 30 deaths per 100,000, between 1999 and 2019. That’s an 88% increase!
Speaking at the AAIC 2021 conference, researchers from the University of Washington School of Medicine reported that the number of people with dementia worldwide is estimated to nearly triple by 2050, reaching more than 152 million.
And unlike most catastrophic maladies which affect large numbers of people in developed countries, doctors are unable to diagnose, prevent, treat or even explain its causation in a pragmatically useful way. However, that has not stopped thousands of researchers around the world from working on the problem. And it increasingly seems that all of that work is about to pay off.
As a starting point, researchers at Boston University School of Medicine recently asked, “what percentage of dementia cases are severe and what percentage are moderate or mild.” They found that 50.4 percent of cases are mild, 30.3 percent of cases are moderate and 19.3 percent are severe.
Other research indicates that personality traits play a role in determining whether we develop dementia. Researchers at the University of California San Francisco used innovative statistical methods to predict the average trajectories of depressive symptoms for approximately 15,000 participants ages 20 to 89, divided into three life stages labeled older, midlife and young adulthood.
They then applied these predicted trajectories and found that in a group of approximately 6,000 older participants, the odds of cognitive impairment were 73 percent higher for those estimated to have elevated depressive symptoms in early adulthood, and 43 percent higher for those estimated to have elevated depressive symptoms in later life. Several mechanisms explain how depression might increase dementia risk.
One explanation is that hyperactivity of the central stress response system increases production of stress hormones called glucocorticoids; this excess of hormones damages of the hippocampus, the part of the brain essential for forming, organizing and storing new memories. With up to 20 percent of the population suffering from depression during their lifetime, it’s important to recognize this as a risk factor related to dementia.
In other recent research, scientists at UNLV discovered that chronic hyperglycemia, found in people with poorly treated diabetes, impairs working memory performance and alters fundamental aspects of working memory networks contributing to Alzheimer’s disease.
Why?
The researchers found that two parts of the brain that are central to forming and retrieving memories - the hippocampus and the anterior cingulate cortex - became over-connected, or hyper-synchronized due to hyperglycemia. While the research is still ongoing, it clearly points toward another reason diabetic and prediabetic individuals need to carefully control their blood sugar.
Researchers at Australia’s Bentley University discovered a potentially more important causal factor related to Alzheimer’s: Amyloid protein made in the liver can cause neurodegeneration in the brain. Since Amyloid protein is thought to be a key contributor to development of Alzheimer’s disease, the results suggest that the liver may play an important role in the onset or progression of the disease.
The abundance of toxic protein deposits in the blood, originate in the liver, and this could be addressed through a person’s diet as well as drugs that specifically target lipoprotein amyloid. Such a liver-focused regimen could potentially slow the progression of Alzheimer’s disease.
Sleep is another lifestyle factor that may help prevent Alzheimer’s Disease. Multiple studies in humans and mouse models indicate that sleep disruptions raise the risk of Alzheimer’s disease by increasing the accumulation of disease-relevant proteins such as amyloid-beta in the brain.
In a new study, researchers at Baylor College of Medicine discovered that restoring normal sleep reduces the accumulation of amyloid-beta plaques in the brain by returning a brain center called the thalamic reticular nucleus to normal operation. Since sleep disturbances can be due to unrelated causes, such as obstructive sleep apnea or restless leg syndrome, addressing sleep-related risks may require dealing with secondary conditions.
2021 was also a big year in terms of developing techniques for the early diagnosis of Alzheimer’s disease. Historically, Alzheimer’s disease has been detected via cognitive tests or brain scans, which are useful only after impairment begins and it’s too late for prevention.
However, research recently published, by a Hong Kong-based research team, in Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s As – sociation, documented tests of a simple but robust blood test for early detection and screening of Alzheimer’s disease with an accuracy level of over 96%. The new test uses a panel of 19 biomarker proteins to identify those who will develop Alzheimer’s disease years in the future.
Beyond this increased understanding of how the disease works and how to detect it, there were several very promising discoveries in 2021 on the prevention and treatment fronts. Some of these involved surprising dietary approaches while some others involved repurposing medications already approved for other diagnoses. Meanwhile, a few involved entirely new therapies.
Consider some of the important dietary discoveries.
According to researchers at the University of Barcelona, lifestyle and diet are decisive as a strategy for preventing cognitive deterioration and its progression in Alzheimer’s and other dementias. The 12-year study published in the journal Molecular Nutrition and Food Research, found that higher intake of fruits, vegetables and plant-based foods provides polyphenols and other bioactive compounds that could help reduce the risk of cognitive decline due to aging.
These results revealed an association between preventing cognitive impairment in the elderly and metabolites derived from cocoa, coffee, mushrooms, red wine, and polyphenol-rich foods such as apples, cocoa, green tea, blueberries, oranges and pomegranates.
Similarly, a diet rich in essential amino acids can help prevent Alzheimer’s Disease. Using a mouse model of Alzheimer’s disease, Japanese researchers have shown that the intake of a specific set of amino acids can inhibit the death of brain cells, protect the connections between them, and reduce inflammation, preserving brain function. Their research suggests that this amino acid combination called Amino LP7 can hinder the development of Alzheimer’s disease.
Additionally, Australian researchers have discovered that people who drink a higher-than-normal amount of coffee were less likely to develop Alzheimer’s later in life. The study published in the journal Frontiers in Aging Neuroscience , appears to show that this is due to the combination of caffeine and other molecules found in coffee. Another study published in PLOS Medicine, showed that drinking 4-6 cups of coffee or tea each day reduced strokes as well as cognitive impairment.
A preclinical study published in the journal Frontiers of Aging Neuroscience suggests that Fenchol, a natural compound abundant in some plants including basil, can help protect the brain against Alzheimer’s disease pathology. In the process, the team from the University of South Florida, discovered a sensing mechanism associated with the gut microbiome that explains how fenchol reduces neurotoxicity in the Alzheimer’s brain. Additional research is needed to determine how this discovery can be most effectively put to work in humans.
In addition to these and other dietary approaches, repurposing drugs approved for other conditions offers the most immediate prospects for preventing and delaying the onset of Alzheimer’s disease. 2021 was truly a banner year for such discoveries.
Consider three particularly big breakthroughs in this category.
First, a new study published in the journal Nature Aging has identified sildenafil, the active ingredient in Viagra, as a promising drug candidate to help prevent and treat Alzheimer’s disease. Researchers at the Cleveland Clinic determined that sildenafil is associated with a 69% reduction in incidences of Alzheimer’s. Furthermore, sildenafil use reduced the likelihood of Alzheimer’s in individuals with coronary artery disease, hypertension and type 2 diabetes. Those who already use sildenafil for other conditions, will now have additional reason to use it.
Second, Japanese scientist found that a relatively inexpensive drug called somatostatin was effective in preventing Alzheimer’s disease in mouse models. The study showed that using somatostatin to block the function of a protein called ENSA reduced physical changes in the brain associated with the Alzheimer’s disease and resulted in improved memory. The researchers believe this therapy could be cheaper and more effective than any treatment currently available. More research is needed before it’s ready for trials in humans. And,
Third, as explained recently in the journal Nature Aging, researchers have identified bumetanide, a commonly available oral diuretic pill, as a leading drug candidate to be repurposed to treat those at genetic risk of developing Alzheimer’s. The research included analysis showing that those who took bumetanide had a significantly lower rate of Alzheimer’s disease compared to those not taking the drug. The research showed that those who had the genetic risk and took bumetanide had a 35% to 75% lower prevalence of Alzheimer’s disease compared to those not taking the drug.
The beauty of these three solutions is that they’ve previously completed Phase I clinical trials needed to establish their safety. The primary question is whether they will be proven effective for use in treating Alzheimer’s.
The final category of breakthroughs involves truly new and original treatments for Alzheimer’s disease which may one day make it as rare as polio or smallpox.
Consider two of the potentially game-changing discoveries from 2021.
First, researchers at Albert Einstein College of Medicine have developed a novel drug that shows potential for treating Alzheimer’s, even after symptoms have appeared.
As explained in the journal Cell , the drug, called CA, works by supporting a cell-cleaning process called CMA. CMA is capable of digesting defective tau and other proteins. But the sheer amount of defective protein in Alzheimer’s overwhelms CMA and essentially cripples it. CA revitalizes CMA efficiency by boosting levels of a key CMA component. Specifically, CA works by increasing the number of so-called LAMP2A receptors on organelles called lysosomes, which recycle defective proteins. Oral doses of CA administered to Alzheimer’s disease mice models over 4 to 6 months led to improvements in memory, depression, and anxiety making the treated animals resemble healthy mice.
And the drug significantly reduced levels of tau protein and protein clumps compared with untreated animals. Importantly, Treatment with CA did not appear to harm other organs even when given daily for extended periods of time. The researchers founded a company called Selphagy Therapeutics, which is currently developing CA and related compounds for treating Alzheimer’s and other neurodegenerative diseases. And,
Second, as explained in the International Journal of Molecular Sciences, Japanese researchers recently discovered a new treatment candidate called SAK3 which appears to not only halt neurodegenerative symptoms of Alzheimer’s disease, but also to reverse the effects of the disorder.
In mice, SAK3 administration significantly prevented the progression of neurodegenerative behaviors in both motor dysfunction and cognition, even after the onset of cognitive impairment. The researchers plan to begin clinical trials in humans in the next year.
What’s the bottom line?
Alzheimer’s disease is the most disruptive and costly chronic health problem facing humans in the 21st century. In the United States alone, it already destroys millions of lives and care costs at least $355 billion annually. Unless something is done to alter its trajectory its impact will increase dramatically, at least tripling over the next thirty years.
This dire situation has driven a dramatic increase in Alzheimer’s-related research over the past 20 years. That rapidly accelerating research is getting us closer to understanding, diagnosing, preventing and treating the disease. As the accelerating pace of research continues, we’re approaching the day when Alzheimer’s disease becomes manageable.
Given this trend, we offer the following forecasts for your consideration.
First, during the 2020s, our understanding of Alzheimer’s disease will grow exponentially, opening-up a wide range of new possibilities for diagnosis, prevention and treatment.
The past three decades have laid the foundation for enormous breakthroughs in Alzheimer’s research, just as the early work of Louis Pasteur and others laid the foundation for the antibiotic revolution of the 1940s. Genomics, MRIs, animal models of the disease and enormous medical history databases are all finally available for researchers to use.
Second, reliable, inexpensive and noninvasive tests for Alzheimer’s biomarkers will become widely available by 2030.
Today, most people are diagnosed with Alzheimer’s disease based on measurable cognitive decline. But by the time these symptoms are detectable, the disease has already done significant, and currently irreversible, damage. Fortunately, Biomarkers for Alzheimer’s disease appear 10-to-20 years before measurable cognitive decline. That’s when preventative action can still be taken and emerging therapies will be able to do the most good. Expect the trajectory of the disease to change dramatically as soon as such tests become widespread, enabling early intervention.
Third, as our understanding of Alzheimer’s disease grows, people will pro-actively adopt preventative behaviors sharply reducing the share of the population which develops full-blown cognitive problems.
As the latest research affirms, there are many dietary, lifestyle and pharmaceutical interventions which can reduce an individual’s chances of developing Alzheimer’s disease. As people become more aware of these decisions and their implications, behaviors will change and outcomes will significantly improve.
Fourth, by the end of the 2030s new cases of Alzheimer’s disease will become rare.
That’s especially likely if repurposed medications we already know how to cheaply manufacture turn out to be highly effective. Unfortunately, just as victims suffered from the affects of polio long after it was eradicated, individuals and families hit by Alzheimer’s over the next 15 years or so, will suffer the consequences for decades. Our objective as a society should be to deploy diagnosis, prevention and treatment as quickly and as widely as technically and economically possible. And,
Fifth, the payoff in terms of productivity, reduced costs and human happiness will add tens of trillions of dollars a year to global GDP.
As mentioned in trend #2 this month, personal care commitments related to children and the elderly are major contributors to the Great Resignation. As COVID-19 exits the scene, childcare commitments will return to normal, but eldercare responsibilities will only increase until we bring Alzheimer’s disease growth under control. And that’s in addition to the impact of eliminating Alzheimer’s victims exiting the workforce.
Resource List
1. PLOS Pathogens. 2021. Emma Nichols & Theo Vos. Estimating the global mortality from Alzheimer’s disease and other dementias: A new method and results from the Global Burden of Disease study 2019.
2. PLOS Pathogens. 2021. Mohammad Khursheed Siddiqi, Chae Kim, Tracy Haldiman, Miroslava Kacirova, Benlian Wang, Jen Bohon, Mark R. Chance, Janna Kiselar, Jiri G. Safar. Structurally distinct external solvent-exposed domains drive replication of major human prions.
3. Journal of Alzheimer’s Disease. 2020. Jing Yuan, Nancy Maserejian, Yulin Liu, Sherral Devine, Cai Gillis, Joseph Massaro, Rhoda Au. Severity Distribution of Alzheimer’s Disease Dementia and Mild Cognitive Impairment in the Framingham Heart Study.
4. Journal of Alzheimer’s Disease. 2021. Willa D. Brenowitz, Adina Zeki Al Hazzouri, Eric Vittinghoff, Sherita H. Golden, Annette L. Fitzpatrick, Kristine Yaffe. Depressive Symptoms Imputed Across the Life Course Are Associated with Cognitive Impairment and Cognitive Decline.
5. Communications Biology. 2021. Ryan. A. Wirt, Lauren. A. Crew, Andrew. A. Ortiz, Adam. M. McNeela, Emmanuel Flores, Jefferson. W. Kinney, James M. Hyman. Altered theta rhythm and hippocampal-cortical interactions underlie working memory deficits in a hyperglycemia risk factor model of Alzheimer’s disease.
6. PLOS Biology. 2021. Virginie Lam, Ryusuke Takechi, Mark J. Hackett, Roslyn Francis, Michael Bynevelt, Liesl M. Celliers, Michael Nesbit, Somayra Mamsa, Frank Arfuso, Sukanya Das, Frank Koentgen, Maree Hagan, Lincoln Codd, Kirsty Richardson, Brenton O’Mara, Rainer K. Scharli, Laurence Morandeau, Jonathan Gauntlett, Christopher Leatherday, Jan Boucek, John C. L. Mamo. Synthesis of human amyloid restricted to liver results in an Alzheimer disease–like neurodegenerative phenotype.
8. Nature Aging. 2021. Jiansong Fang, Pengyue Zhang, Yadi Zhou, Chien-Wei Chiang, Juan Tan, Yuan Hou, Shaun Stauffer, Lang Li, Andrew A. Pieper, Jeffrey Cummings, Feixiong Cheng. Endophenotype-based in silico network medicine discovery combined with insurance record data mining identifies sildenafil as a candidate drug for Alzheimer’s disease.
10. Frontiers in Aging Neuroscience. 2021. Samantha L. Gardener, Stephanie R. Rainey-Smith, Victor L. Villemagne, Jurgen Fripp, Vincent Doré, Pierrick Bourgeat, Kevin Taddei, Christopher Fowler, Colin L. Masters, Paul Maruff, Christopher C. Rowe, David Ames, Ralph N. Martins. Higher Coffee Consumption Is Associated With Slower Cognitive Decline and Less Cerebral Aβ-Amyloid Accumulation Over 126 Months: Data From the Australian Imaging, Biomarkers, and Lifestyle Study.
11. PLOS Medicine. 2021. Yuan Zhang, Hongxi Yang, Shu Li, Wei-dong Li, Yaogang Wang. Consumption of coffee and tea and risk of developing stroke, dementia, and poststroke dementia: A cohort study in the UK Biobank.
12. Rohan Jagirdar, Chia-Hsuan Fu, Jin Park, Brian F. Corbett, Frederik M. Seibt, Michael Beierlein, Jeannie Chin. Restoring activity in the thalamic reticular nucleus improves sleep architecture and reduces Aβ accumulation in mice.
14. Molecular Nutrition & Food Research. 2021. Raúl González‐Domínguez, Pol Castellano‐Escuder, Francisco Carmona, Sophie Lefèvre‐Arbogast, Dorrain Y. Low, Andrea Du Preez, Silvie R. Ruigrok, Claudine Manach, Mireia Urpi‐Sarda, Aniko Korosi, Paul J. Lucassen, Ludwig Aigner, Mercè Pallàs, Sandrine Thuret, Cécilia Samieri, Alex Sánchez‐Pla, Cristina Andres‐Lacueva. Food and Microbiota Metabolites Associate with Cognitive Decline in Older Subjects: A 12‐Year Prospective Study.
17. Cell. 2021. Mathieu Bourdenx, Adrián Martín-Segura, Aurora Scrivo, Jose A. Rodriguez-Navarro, Susmita Kaushik, Inmaculada Tasset, Antonio Diaz, Nadia J. Storm, Qisheng Xin, Yves R. Juste, Erica Stevenson, Enrique Luengo, Cristina C. Clement, Se Joon Choi, Nevan J. Krogan, Eugene V. Mosharov, Laura Santambrogio, Fiona Grueninger, Ludovic Collin, Danielle L. Swaney, David Sulzer, Evripidis Gavathiotis, Ana Maria Cuervo. Chaperone-mediated autophagy prevents collapse of the neuronal metastable proteome.