斯坦福大学科学家发现大脑衰老的基因“指纹”

2023-08-20 15:56:47 来源：cnBeta 收藏

我们中的许多人在步入中年后，记忆力和认知能力都会下降。然而，科学家们并不完全清楚大脑中造成这种情况的确切分子变化。最近对小鼠的研究表明，随着动物年龄的增长，负责在整个大脑中传递信息的白质组织发生了最显著的变化。

研究显示，最显著的变化往往发生在大脑白质中，而白质是一种神经系统组织，是大脑信号传输不可或缺的部分。研究还考察了两种影响大脑某些区域的治疗方法--限制热量摄入和输注年轻小鼠的血浆，其中输注血浆似乎减缓了与年龄有关的衰退。

研究结果有助于人们深入了解正常衰老导致的认知能力下降，以及衰老如何导致神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症。

(资料图片)

在许多神经退行性疾病中，大脑的某些区域更容易受到损害，但科学家并不清楚具体原因。

神经病学和神经科学教授托尼-威斯-科雷（Tony Wyss-Coray）博士说："我认为这项研究是解释这种神秘的区域脆弱性的一种方法。"

Wyss-Coray 是斯坦福大学医学院陈德华二级教授，也是斯坦福大学吴采神经科学研究所 Phil and Penny Knight 脑复原力研究计划的主任，他是描述这项研究的论文的资深作者。Oliver Hahn曾是Wyss-Coray实验室的博士后研究员，现在是Calico生命科学公司的首席研究员，他是论文的第一作者。该论文最近发表在《细胞》（Cell）杂志上。

不同区域发现不同基因

研究小组对 59 只 3 至 27 个月大的雌性和雄性小鼠大脑两个半球的 15 个区域进行了取样。他们对大脑各区域细胞表达的顶级基因进行了鉴定和排序。他们确定了 82 个基因，这些基因在 10 个或更多区域中经常出现且浓度各不相同。

研究小组利用这些基因制定了一个共同的衰老评分，评估大脑不同区域的基因活动如何随着年龄的增长而变化。

研究人员发现，在 12 个月和 18 个月大的小鼠中，白质的基因表达变化最早也最明显，白质位于大脑深部，含有受白色髓鞘保护的神经纤维。据 Wyss-Coray 称，这些小鼠的年龄（以鼠年计算）与 50 多岁的人差不多。

"我们还不能确定白质中的基因表达变化如何影响记忆和认知。这需要更多的基因操作和神经生物学工作，"Wyss-Coray 说。"但我们知道，白质是将不同大脑区域连接在一起的线路。"

过去的研究表明，衰老会破坏大脑中原本稳定的基因表达模式，开启调节炎症和免疫反应的基因，关闭负责蛋白质和胶原蛋白合成的基因。炎症和免疫反应会影响髓鞘的完整性，髓鞘是神经周围的绝缘层，负责在大脑中传递信号。

哈恩说："在衰老研究中，白质一直是一个相当被忽视的领域，因为衰老研究通常侧重于皮层或海马等神经元密集区域。我们的数据显示，白质是一个特别容易受到衰老影响的区域，这一事实为我们提供了新的、引人入胜的假设。"

测试干预措施

采取干预措施，减缓导致大脑特定区域衰退的基因转变，可能有利于解决神经退行性疾病以及与衰老相关的普遍衰退问题。

在这项研究中，研究小组探讨了两种干预措施--限制热量摄入和注射年轻小鼠的血浆--以评估它们是否能防止特定区域基因表达的变化。每种干预都从小鼠19个月大时开始持续四周。

研究人员发现，饮食干预导致与昼夜节律相关的基因开启，而血浆干预则开启了涉及干细胞分化和神经元成熟的基因，从而选择性地逆转了与年龄相关的基因表达。

哈恩说："干预似乎作用于大脑中非常不同的区域，并[诱发]惊人不同的效果。这表明，大脑中有多个区域和途径具有改善老年认知能力的潜力。"

研究小组还研究了与三种神经退行性疾病--阿尔茨海默病、帕金森病和多发性硬化症--相关的基因与年龄有关的变化，这些疾病通常会影响大脑的特定区域。每种基因在老年动物体内的表达分布都发生了变化，并且发生在通常与特定神经退行性疾病无关的大脑区域。这一发现可以帮助人们深入了解大量患有神经退行性疾病但没有明确遗传联系的患者。

这项研究还能提供新的机会，利用基因表达数据找到易受衰老影响的细胞群，从而探索治疗和干预方法。未来的研究可以探索基因表达如何导致神经元活动和结构的功能性变化。Wyss-Coray 及其在"奈特大脑复原力倡议"（Knight Initiative for Brain Resilience）的同事们旨在通过建立类似的人脑衰老基因图谱来扩展这项工作。

Wyss-Coray 说："在小鼠身上观察到的单个基因变化可能无法直接转化为人类的基因变化。但我们相信，白质对衰老的脆弱性很可能会影响到人类"。

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