NatureMedicine：“神药”二甲双胍对儿童脑肿瘤存活者认知和神经功能恢复的评估。
年7月加拿大神经科学和精神健康研究所学者DonaldJ.Mabbott于NatureMedicine上发文Assessmentofcognitiveandneuralrecoveryinsurvivorsofpediatricbraintumorsinapilotclinicaltrialusingmetformin，其研究试图确定二甲双胍在获得性脑损伤后的认知恢复和大脑生长方面的功效，在啮齿动物研究和人体试验的综合结果虽未完全确定，但提供了关键性的前瞻数据。
在啮齿动物颅脑辐射模型中，研究人员发现二甲双胍促进了齿状回神经前体细胞的恢复，并对神经发生和认知有性别依赖性的影响。内源性神经前体细胞(NPC)的药理刺激是否可以促进认知恢复和脑修复？进行了先导性双盲、安慰剂对照交叉试验(临床试验。GOV，NCT)。以白质和海马的安全性、可行性、认知测试和MRI测量为终点进行评价。24名参与者同意并被随机分配到AB或BA序列中完成12周的二甲双胍(A)和安慰剂(B)周期，交叉时有10周的洗脱期。抽血以监测安全性。可行性评估包括招聘率、用药依从性和程序依从性。线性混合建模用于检查认知和MRI结果作为周期、顺序和治疗的函数。研究人员没有发现临床相关的安全性问题，也没有发现与二甲双胍相关的严重不良事件。在线性混合模型中，所有认知结果都观察到了序列效应。对于在第一周期中拥有完整数据的参与者子集来说，二甲双胍在陈述性记忆和工作记忆测试中比安慰剂表现更好。研究人员提出的证据表明，检测二甲双胍对认知和脑结构的影响的临床试验在儿童脑瘤的长期幸存者中是可行的，并且二甲双胍在这一人群中使用是安全的和可以耐受的。这项试点试验并不是为了测试二甲双胍对认知恢复和大脑发育的疗效，但初步结果令人鼓舞，值得在大型多中心3期试验中进行进一步研究。
有助于神经发育并存留在哺乳动物大脑中的细胞含有成年期的常驻前体细胞。这些发现提示内源性前体的激活可能会促进组织修复。这对于人类大脑来说尤其耐人寻味，它显示出有限的自我修复能力，但包含着截然不同的NPC群体。这些包括产生神经元和胶质细胞的多能脑室下区(SVZ)和海马NPC，以及在整个生命周期中产生少突胶质细胞的更偏向的少突胶质前体细胞(OPC)2。在啮齿动物中，前脑SVZ中的NPC有助于嗅觉记忆，而海马齿状回(DG)中的NPC有助于空间学习和记忆，这表明出生后神经发生具有重要的功能作用。已经确定的药物可以诱导体内NPC的增殖和分化，并促进啮齿类动物的脑修复；然而，这种脑修复策略在人类中是否可行尚不清楚。
二甲双胍是一种公认的口服降糖药，用于安全地治疗患有糖尿病、代谢障碍和肥胖的成人和儿童。在成年小鼠身上的研究表明，全身应用二甲双胍通过激活NPCs中的非典型蛋白激酶C(APKC)-CREB结合蛋白(CBP)途径，导致神经发生增加。重要的是，二甲双胍还改善空间记忆，这需要海马神经发生。系统二甲双胍还用于新生儿脑损伤的小鼠模型，在该模型中，它促进感觉运动和认知功能的恢复，同时伴随NPC激活、神经发生和少突胶质形成。二甲双胍还被证明可以改善海马神经发生和空间记忆形成的疾病依赖性下降，这与其对高血糖的影响无关。这些临床前数据，加上研究表明二甲双胍增强了人NPC的存活和分化，增加了二甲双胍可能招募内源性NPC来促进人类神经修复和认知恢复的令人兴奋的可能性。接受头颅放射治疗的儿童脑肿瘤幸存者是研究二甲双胍对脑损伤潜在益处的理想人群。首先，白质和海马体，这两个已知的人类鼻咽癌的壁龛，是颅骨辐射17-20损伤最严重的结构。其次，这些儿童经历了与白质损伤和海马萎缩相关的认知障碍。这些观察结果在颅骨辐射的啮齿动物模型中是平行的，在该模型中，嗅觉和空间记忆的缺陷伴随着神经发生的减少，OPC的耗尽和髓鞘受损。最后，虽然成人的神经发生还在争论，但普遍的共识是，在儿童和青少年的海马体、前脑和白质的小生境中存在并活跃着神经前体细胞。
为了检验二甲双胍在认知和脑修复方面的治疗潜力，研究人员使用类似的行为分析方法对辐射损伤进行了啮齿动物和人类的平行研究。首先，研究人员测试了临床前的小鼠颅脑辐射损伤模型的细胞和行为结果。对幼年小鼠进行头部照射可导致SVZ和DG中的NPC在急性辐射诱导下耗竭。在SVZ中可以看到干细胞库的自发恢复，而在DG中则没有。然而，二甲双胍的应用足以恢复DG-NPC。在女性患者中，二甲双胍治疗可以挽救由头颅辐射引起的认知障碍，而男性则不能，这与挽救神经再生是一致的。
图1
先导试验设计及程序。
研究人员还进行了一项试点临床试验(ClinicalTrials.gov，NCT)，以检查二甲双胍在2至15年前完成包括头颅放射在内的初级治疗的儿童脑肿瘤幸存者中的安全性和可行性(图1)。发现二甲双胍在这些用药和程序依从性高的患者中使用是安全的。当研究人员探索特定的记忆测量时，研究人员观察到这些结果可能是评估二甲双胍介导的恢复的敏感指标。综上所述，研究人员的发现支持在3期试验中进一步研究二甲双胍作为一种新的治疗方法来治疗以前无法治疗的脑损伤。
二甲双胍可以挽救辐射引起的神经干细胞库的减少。
图2
颅辐射导致细胞和认知缺陷，而二甲双胍能够挽救这些缺陷在女性。
为了测试二甲双胍在年轻脑颅照射后是否作用于干细胞和祖细胞，研究人员在一个临床前小鼠模型中研究了它在侧脑室衬里的SVZ和海马的DG中的作用。在这项检测中，神经球的数量反映了干细胞的数量。研究人员观察到放射后早期(1-2d)SVZ(图2B)和DG(图2C)的神经球数量显著减少。SVZ中的干细胞数量在辐射后5周恢复到对照水平(图2D)；然而，DG干细胞库中的缺陷持续存在(图2e)。引人注目的是，辐射后1d开始接受二甲双胍25d(每天mg/kg)的小鼠在DG中显示出完全恢复(图2e)。二甲双胍治疗对照组(非辐射小鼠)的神经球数量没有变化。值得注意的是，DG神经球中二甲双胍介导的恢复不依赖于性别。因此，从照射后1d开始，二甲双胍治疗25d足以促进DG干细胞池的恢复。
接下来，研究人员检查了辐射和二甲双胍对干细胞后代的影响。在SVZ，无论女性和男性(图2F-I)，在辐射后5周，无论是否接受二甲双胍治疗，神经母细胞数量(双重皮质素阳性)都恢复到对照水平。在SVZ，女性和男性(图2F-I)在辐射后5周恢复到对照水平。相反，在DG中，DCx+神经母细胞的数量显著减少，二甲双胍治疗挽救了女性的这一缺陷(图2j，k)，但雄性没有(图2L，m)。综上所述，这些发现显示，在放疗和二甲双胍对NPC池的性别依赖性影响后，SVZ和DGNPC在区域上有明显的恢复。二甲双胍治疗改善了小鼠的认知结果。
那么二甲双胍应用是否足以挽救颅骨放射所致的功能损伤？在头颅放疗和二甲双胍治疗后评估认知功能(图2A)。研究人员发现，女性，而不是男性，在评估工作记忆的Y迷宫任务中显示出显著的缺陷，这种损害可以用二甲双胍治疗完全挽救(图2N-p)。受辐射的雄性，而不是雌性，在新的位置识别任务中显示出显著的空间记忆缺陷，这不能被二甲双胍治疗挽救(图2q-s)。在Y迷宫任务或新的位置识别任务中，未受辐射的二甲双胍治疗的小鼠没有明显的影响。分别用开野迷宫和高架+迷宫测量的运动活动或焦虑没有损害。这些结果表明，辐射会导致雌性和雄性的不同认知缺陷，二甲双胍可以挽救雌性小鼠的认知障碍。试点临床试验。研究人员进行了一项先导性随机、双盲、安慰剂对照试验，对初级终点为安全可行，次级终点为认知和磁共振成像(MRI)措施的儿童脑肿瘤幸存者进行交叉试验。24名参与者入选，随机分配完成12周周期的二甲双胍(A)和安慰剂(B)，按AB或BA顺序服用。在交叉时，有10周的冲洗期，在这段时间里，两组都没有接受任何治疗。在每个治疗周期的第一周，每天口服mgm-2的二甲双胍或安慰剂(P.O.)；从第二周开始，剂量增加到每天mgm-2，并持续到12周周期的剩余时间。患者接受了脑肿瘤的局灶性或头颅-脊髓放射治疗。两个序贯组在性别、基线评估年龄、诊断时年龄、放射治疗和治疗后年数方面没有差异。
安全性
图3
先导试验不良事件和依从性。
在所有的研究访问中，进行抽血，并获得完整的血细胞计数、血液分类、血小板计数、肝功能测试以及血清肌酐和乳酸水平的测量。在所有试验中，在二甲双胍治疗期间，没有观察到任何参与者的临床相关变化。最常见的不良事件(1-3级)包括呕吐、腹泻、头痛、疲劳和恶心(图3A)。未发生乳酸酸中毒等严重不良事件。二甲双胍治疗与平均2.5个不良事件有关，安慰剂治疗与参与者平均1.6个不良事件有关。与安慰剂相比，二甲双胍治疗期间胃肠道疾病的数量明显增多，分别对应24例和8例轻微不良事件。对研究、治疗和程序的坚持程度很高(图3B)。
对认知功能的评估
工作记忆测验的原始分数；陈述性记忆测验(儿童听觉言语学习测验)；信息处理速度()是因变量：这些认知功能在儿童脑瘤幸存者中受到损害。每个认知测试使用单独的一般线性混合模型，有两组结果。作为自变量，研究人员检查了周期(第一个与第二个12周治疗周期)、治疗(二甲双胍与安慰剂)和顺序(二甲双胍第一、安慰剂第二(AB)与安慰剂第一、二甲双胍第二(BA))对每个测量的测试分数(即项目准确性和/或潜伏期)的固定影响。基线测试分数(从基线1和基线2分别对应于第一个和第二个12周治疗周期的开始)，每一个都对应一个结果测试分数，作为固定的协变量包括在内。作为自变量的对参与者的随机效应解释了每个参与者的两个独立基线和结果测试分数之间的相关性。在一系列不同的模型中，研究人员通过治疗b进一步评估了固定效应，同时分别调整了脑神经缺损、后颅窝沉默、小脑神经体征以及放射剂量和照射野。对所有模型进行多次比较校正(假发现率(FDR)q0.10)。span=""
图4LSWM的
基线和结果数据点、CANTAB测试的平均反应时间和CAVLT-2/RAVLT的即时回忆率。
与安慰剂相比，在LSWM上观察到更多的正确反应总数(图4A，B)，以及降低Cantab测试的平均潜伏期(图4C，d)。这些治疗效果没有通过多重比较校正。在结果评估的所有认知测试中，观察到AB序列组和BA序列组的表现更好(图4a-f)。显著的影响不受模型中考虑的医疗和人口变量的影响。
当在交叉设计中观察到序列效应时，第一个周期的数据只能用于检查治疗效果。因此，研究人员使用后随机Mann-WhitneyU(MW)检验来比较二甲双胍和安慰剂条件下在确定显著序列效应后第1周期结果的中位数测试分数。第1周期，二甲双胍治疗组的听觉-言语记忆疗效显著。二甲双胍对CANAB试验平均反应时间的治疗效果接近显著性。值得注意的是，所有效应都反映了二甲双胍的积极影响。
胼胝体白质的评估
那么二甲双胍是否可以促进人类脑白质修复，就像之前对受伤啮齿动物年轻大脑的研究中所报道的那样，研究人员进行了扩散峰度成像(DKI)(图1D)。计算了白质束完整性模型个对髓鞘敏感的指标，特别是轴突含水量(AWF)和轴突外径向弥散率。研究人员把重点放在胼胝体上，因为它紧挨着SVZNPC，并含有OPC，这两个都可以促进少突胶质细胞的发生(图5A-e)。进行如上所述的线性混合建模。
图5胼胝体内AWF
基线及结局数据点
胼胝体内的AWF随二甲双胍治疗而显著增加(图5F，g)。AB组的AWF大于BA组。这些影响不受模型中考虑的医疗和人口学变量的影响。当研究人员使用MW测试对仅在第1周期内的AWF的差异进行探索性分析时，二甲双胍的效果并不显著。
综上所述：正如研究人员在临床前工作中观察到的那样，二甲双胍可以促进前脑和海马DG中新神经元的形成。因此，研究人员测量了受试者海马内的脑血流量(CBF)，因为细胞增殖和血管生成是相关的，因此海马血流量的增加可能反映神经发生。研究人员获得了左侧和右侧海马内CBF的估计(图1D)。
研究人员的研究结果支持二甲双胍是安全和可行的用于儿童脑肿瘤的幸存者。有证据表明，二甲双胍促进修复和行为恢复的机制不是通过激活NPCs，包括在啮齿动物阿尔茨海默病模型中减少慢性炎症，以及在脆性X综合征模型中调节突触发生的重要蛋白的信号通路。
在患有糖尿病和其他疾病的老年人中，二甲双胍与痴呆症发病率的降低和认知能力的提高有关，尤其是在视听记忆方面。二甲双胍已显示出改善有神经发育障碍儿童的行为和语言的希望。鉴于二甲双胍对其他疾病的临床前支持和治疗作用，这种药物对改善早期脑损伤的影响有很大的潜力。此外，联合二甲双胍和促进活动依赖性髓鞘形成的多模式治疗的可能性是令人感兴趣的。需要进行更大规模的临床试验来确定疗效、确定最佳的剂量和开始治疗的时间、测试治疗持续时间的效果和测试性别的影响。虽然研究人员的工作并没有确定二甲双胍在获得性脑损伤后的认知恢复和大脑生长方面的功效，但研究人员的啮齿动物研究和人体试验的综合结果令人鼓舞，并为未来的第三阶段试验提供了理由。
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