Wird eine Person in Zukunft an Demenz erkranken? Neuer KI-Algorithmus sagt 15 Jahre im Voraus voraus!

Demenz bezeichnet ein chronisch erworbenes fortschreitendes Syndrom der geistigen Behinderung und ist ein allgemeiner Begriff für eine große Klasse von Krankheiten, wie etwa Alzheimer-Krankheit, Frontotemporale Demenz, Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, Lewy-Body-Demenz, vaskuläre Demenz oder Demenz infolge eines Schädel-Hirn-Traumas usw.

Von der symptomlosen bis zur vollständigen Ausprägung einer Demenz können viele Jahre vergehen. Klinisch ist es durch einen langsamen intellektuellen Abbau gekennzeichnet, begleitet von Persönlichkeits- oder Charakterveränderungen in unterschiedlichem Ausmaß, wie etwa vermindertem Interesse und Gleichgültigkeit; beeinträchtigte soziale Funktion und kindliches Verhalten; emotionale Instabilität, Angst, Depression oder Reizbarkeit usw. Aufgrund der Komplexität der Ursachen von Demenz und der Tatsache, dass die Ursache der durch Neuropathie verursachten Demenz noch nicht entdeckt wurde, müssen noch spezielle Medikamente gegen Demenz entwickelt werden. Derzeit kann sich die klinische Behandlung nur auf die Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten und die symptomatische Behandlung konzentrieren, ergänzt durch tägliche Pflege und Rehabilitationsmethoden.

Da es keine geeigneten Medikamente gibt, ist die Frage, wie man richtig einschätzen kann, ob eine Person in Zukunft an Demenz erkranken wird, eine sehr wichtige Frage. Dank der Entwicklung der Sequenzierungstechnologie könnten blutbasierte Biomarker ein besseres Instrument für die Früherkennung von Demenz sein.

Kürzlich veröffentlichten das Forschungsteam von Professor Yu Jintai von der Abteilung für Neurologie des Huashan-Krankenhauses der Universität Fudan und das Team von Professor Feng Jianfeng/Forscher Cheng Wei vom Institut für vom Gehirn inspirierte Intelligenzwissenschaft und -technologie der Universität Fudan in der Fachzeitschrift Nature Aging eine Forschungsarbeit mit dem Titel „Plasmaproteomprofile sagen zukünftige Demenz bei gesunden Erwachsenen voraus“.

Mithilfe groß angelegter proteomischer Analysen und Algorithmen der künstlichen Intelligenz fand das Forschungsteam heraus, dass vier Plasmaproteine ​​– GFAP, NEFL, GDF15 und LTBP2 – die krankheitsrelevantesten und risikoreichsten Proteine ​​bei verschiedenen Demenzarten sind. Anhand dieser vier Proteine ​​könnte es möglich sein, das Auftreten einer Demenz 15 Jahre im Voraus vorherzusagen.

Das Forschungsteam erhielt Blutprobendaten von 52.645 Erwachsenen aus der UK Biobank, von denen 1.417 Erwachsene 14 Jahre nach der Probenentnahme mit Demenz diagnostiziert wurden, darunter Demenz aller Ursachen (ACD), Alzheimer-Krankheit (AD) und vaskuläre Demenz (Vaskuläre Demenz, VaD).

In diesen Datenproben verglich das Forschungsteam insgesamt 1.463 Plasmaproteine ​​und stellte vorläufig fest (Abbildung 1, Modell 1), dass 186 Plasmaproteine ​​eine hohe Korrelation mit ACD, 16 Plasmaproteine ​​eine hohe Korrelation mit AD und 139 Plasmaproteine ​​eine hohe Korrelation mit VaD aufwiesen. Unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen und synergistischen Effekte zwischen Proteinen führte das Forschungsteam weitere Analysen durch und stellte fest (Abbildung 1, Modell 2), dass GFAP, NEFL, LTBP2 und GDF15 bei allen drei Demenztypen signifikant korreliert waren.

Abbildung 1 Korrelationsanalyse zwischen Plasmaproteinen und Demenz

Die Entdeckung dieser Risikoproteine ​​gibt dem Forscherteam ein Werkzeug an die Hand, um die Wahrscheinlichkeit einer Demenzerkrankung vorherzusagen . Das Forschungsteam stellte beispielsweise fest, dass Erwachsene mit höheren GFAP-Werten im Plasma ein 2,91-mal höheres Risiko hatten, an Alzheimer zu erkranken, als Erwachsene mit einem entsprechenden GFAP-Ausgangswert (Abbildung 2).

Das GFAP-Protein wird hauptsächlich in Astrozyten im Gehirn exprimiert und ist ein Proteintyp, der ihnen strukturelle Unterstützung bietet. In früheren Studien wurde es häufig als Marker für Astrozyten verwendet und immer mehr Studien haben gezeigt, dass es als Biomarker für die Alzheimer-Krankheit verwendet werden kann.

Abbildung 2 Das GFAP-Protein sagt das Risiko einer klinischen Diagnose der Alzheimer-Krankheit voraus

Noch wichtiger ist, dass das Forschungsteam herausfand, dass diese Risikoproteine ​​bereits 15 Jahre vor der Demenzdiagnose über dem Normalwert lagen. Insbesondere bei der Vorhersage der Alzheimer-Krankheit zeigten GFAP, GDF15 und NEFL signifikante Unterschiede zu den Normalwerten (Abbildung 3). Dies bedeutet auch, dass sich der Beginn einer Demenz mithilfe dieser Proteine ​​mehr als zehn Jahre im Voraus vorhersagen lässt. Dadurch ist eine frühzeitige Erkennung und Intervention bei Demenz möglich, die dazu beiträgt, die Symptome der Patienten zu lindern oder sogar zu verhindern.

Abb. 3: Die Entwicklung der Plasma-GFAP-Proteinwerte im Zeitverlauf vor der Diagnose der Alzheimer-Krankheit. Rote Linie: AD-Diagnosegruppe; blaue Linie: normale Kontrollgruppe

Insgesamt zeigte das Forschungsteam das Potenzial von GFAP, NEFL und GDF15 auf, das Demenzrisiko mehr als ein Jahrzehnt im Voraus vorherzusagen, und betonte die Bedeutung von GFAP. Der Vorteil von GFAP besteht darin, dass es eine hohe Spezifität für die Diagnose einer frühen Demenz aufweist. In mehreren Studien wurde über einen Anstieg im Plasma berichtet, und bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen, die nicht auf Demenz beruhen, blieb der GFAP-Spiegel im Plasma stets im Bereich der Normalwerte. Der Nachteil besteht darin, dass GFAP nicht zwischen Alzheimer- und Nicht-Alzheimer-Demenz unterscheiden kann.

Das Forschungsteam nutzte auf innovative Weise eine datengesteuerte Proteomik-Strategieanalyse in Kombination mit der bislang größten Forschungskohorte und 14 Jahren Nachbeobachtungsdaten, um wichtige Plasmaprotein-Biomarker zur Vorhersage von Demenz zu entdecken. Das Forschungsteam hat nicht nur die Bedeutung von GFAP, NEFL und GDF15 bei der Vorhersage von Demenz nachdrücklich untermauert, sondern auch einen neuen Biomarker entdeckt – LTBP2. Dies hat wichtige Auswirkungen auf das Screening von Menschen mit hohem Demenzrisiko und auf frühzeitige Interventionen.

Es wird davon ausgegangen, dass einige medizinische Einrichtungen für körperliche Untersuchungen das Forschungsteam kontaktiert haben, um die Möglichkeit zu prüfen, den körperlichen Untersuchungsgegenständen entsprechende Tests hinzuzufügen. Wenn alles gut geht, wird erwartet, dass sie in einem halben Jahr in klinischen Tests eingesetzt werden können, um Menschen mit hohem Demenzrisiko zu untersuchen.

Im nächsten Schritt wird das Team eine Datenerhebung und Kreuzvalidierung für die Risikokohorte von Menschen mit Demenzerkrankungen wie Alzheimer in meinem Land durchführen, die relevanten Daten auf Grundlage des Basisniveaus der chinesischen Bevölkerungskohorte korrigieren und das am besten geeignete Datenmodell zur Vorhersage der Alzheimer-Krankheit und anderer Demenzerkrankungen für die chinesische Bevölkerungskohorte entwickeln.

Quellen:

[1] Guo Y, You J, Zhang Y, Liu WS, Huang YY, Zhang YR, Zhang W, Dong Q, Feng JF, Cheng W, Yu JT. Plasmaproteomprofile sagen zukünftige Demenz bei gesunden Erwachsenen voraus. Nat Aging. 2024 Feb;4(2):247-260. doi: 10.1038/s43587-023-00565-0. Epub 2024, 12. Februar. PMID: 38347190.