将来、認知症になるのでしょうか？新しい AI アルゴリズムが 15 年先を予測します!

認知症とは、慢性的に進行する知的障害症候群のことを指し、アルツハイマー病、前頭側頭型認知症、クロイツフェルト・ヤコブ病、レビー小体型認知症、血管性認知症、外傷性脳損傷認知症など、広範囲にわたる疾患の総称です。

認知症は、症状がない状態から完全に発症するまでに何年もかかる場合があります。臨床的には、興味の低下や無関心など、さまざまな程度の性格や特徴の変化を伴う、ゆっくりとした知能低下が特徴です。社会的機能の障害および幼稚な行動;情緒不安定、不安、抑うつ、易怒性など。認知症の原因は複雑であり、神経障害による認知症の原因はまだ発見されていないため、認知症に対する特効薬はまだ開発されていません。現在、臨床治療は認知機能の改善と対症療法に重点を置き、日常的なケアとリハビリテーションの方法を補完することしかできません。

適切な薬がないため、将来認知症になるかどうかをいかに正しく判断するかが非常に重要な課題となります。シーケンシング技術の発達により、血液ベースのバイオマーカーは認知症の早期スクリーニングのためのより優れたツールとなる可能性があります。

最近、復旦大学付属華山病院神経科の于金台教授の研究チームと、復旦大学脳触発知能科学技術研究所の馮建鋒教授/程偉研究員のチームが、「血漿プロテオームプロファイルは健康な成人の将来の認知症を予測する」と題する研究論文をNature Aging誌に発表した。

研究チームは、大規模なプロテオーム解析と人工知能アルゴリズムを使用して、GFAP、NEFL、GDF15、LTBP2の4つの血漿タンパク質が、さまざまな種類の認知症に最も関連し、最もリスクの高いタンパク質であることを発見しました。これら4つのタンパク質に基づいて、認知症の発症を15年先に予測できる可能性がある。

研究チームは、英国バイオバンクから52,645人の成人の血液サンプルデータを入手したが、そのうち1,417人の成人が、採取から14年後に全原因認知症（ACD）、アルツハイマー病（AD）、血管性認知症（VaD）などの認知症と診断された。

研究チームはこれらのデータサンプルで合計 1,463 個の血漿タンパク質を比較し、ACD と高い相関関係にある血漿タンパク質が 186 個、AD と高い相関関係にある血漿タンパク質が 16 個、VaD と高い相関関係にある血漿タンパク質が 139 個あることを予備的に発見しました (図 1、モデル 1)。研究チームは、タンパク質間の相互作用と相乗効果を考慮してさらに分析を行い、GFAP、NEFL、LTBP2、GDF15が3種類の認知症すべてで有意に相関していることを発見しました（図1、モデル2）。

図1 血漿タンパク質と認知症の相関分析

これらのリスクタンパク質の発見により、研究チームは認知症を発症する確率を予測するツールを手に入れた。例えば、研究チームは、血漿中の GFAP レベルが高い成人は、ベースラインの GFAP レベルを持つ成人よりもアルツハイマー病を発症する可能性が 2.91 倍高いことを発見しました (図 2)。

GFAP タンパク質は主に脳内のアストロサイトで発現しており、アストロサイトに構造的サポートを提供するタイプのタンパク質です。これまでの研究では、アストロサイトのマーカーとしてよく使われてきましたが、アルツハイマー病のバイオマーカーとして使えることを示す研究が増えています。

図2 GFAPタンパク質はアルツハイマー病の臨床診断のリスクを予測する

さらに重要なことに、研究チームは、これらのリスクタンパク質は認知症と診断される15年前にすでに正常レベルを上回っていたことを発見した。特にアルツハイマー病の予測においては、GFAP、GDF15、NEFLが正常値と有意な差を示しました（図3）。これはまた、これらのタンパク質を通じて認知症の発症を10年以上前に予測できることを意味し、それによって認知症の早期スクリーニングと介入が可能になり、患者の症状の緩和や予防に役立ちます。

図 3 アルツハイマー病の診断前の血漿 GFAP タンパク質レベルの経時的変化。赤線：AD診断群。青線: 正常対照群

全体として、研究チームは、GFAP、NEFL、GDF15 が認知症のリスクを 10 年以上前に予測できる可能性を実証し、GFAP の重要性を強調しました。 GFAP の利点は、早期認知症の診断に高い特異性があることです。複数の研究で血漿中の GFAP の増加が報告されており、認知症以外の神経変性疾患では、血漿中の GFAP レベルは常に正常値付近で維持されています。欠点は、GFAP ではアルツハイマー型認知症と非アルツハイマー型認知症を区別できないことです。

研究チームは、データ駆動型プロテオミクス戦略分析を革新的な方法で活用し、これまでで最大の研究コホートと14年間の追跡データを組み合わせて、認知症を予測するための重要な血漿タンパク質バイオマーカーを発見しました。研究チームは、認知症の予測におけるGFAP、NEFL、GDF15の重要性を強く支持しただけでなく、新たなバイオマーカーであるLTBP2を発見しました。これは、認知症のリスクが高い人々のスクリーニングと早期介入に重要な意味を持ちます。

一部の健康診断医療機関が研究チームに連絡し、健康診断項目に関連検査を追加する可能性を検討しているとみられる。順調に進めば、半年以内に認知症リスクの高い人を検査する臨床試験に応用できると期待されている。

次のステップでは、チームはわが国のアルツハイマー病などの認知症患者のリスクコホートに関するデータ収集と相互検証を実施し、中国の人口コホートのベースラインレベルに基づいて関連データを修正し、中国の人口コホートにおけるアルツハイマー病やその他の認知症を予測するための最も適切なデータモデルを開発します。

参考文献:

[1] Guo Y、You J、Zhang Y、Liu WS、Huang YY、Zhang YR、Zhang W、Dong Q、Feng JF、Cheng W、Yu JT。血漿プロテオームプロファイルは健康な成人の将来の認知症を予測します。ナットエイジング。 2024年2月;4(2):247-260.土井: 10.1038/s43587-023-00565-0。 Epub 2024年2月12日。PMID: 38347190。