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《科學(xué)》子刊封面:如何讓大腦變年輕?

時(shí)間:2020-02-19 15:34來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)整理 瀏覽:
來(lái)源:學(xué)術(shù)經(jīng)緯“腦子越來(lái)越不好使”,是衰老最讓人害怕和無(wú)奈的特征之一。讓大腦保持年輕,是無(wú)數(shù)人的心愿,也是很多科研人員的探索目標(biāo)。最近,美

來(lái)源:學(xué)術(shù)經(jīng)緯

“腦子越來(lái)越不好使”,是衰老最讓人害怕和無(wú)奈的特征之一。讓大腦保持年輕,是無(wú)數(shù)人的心愿,也是很多科研人員的探索目標(biāo)。

最近,美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校(UCBerkeley)和以色列本·古里安大學(xué)(Ben-Gurion University)的科學(xué)家合作,同時(shí)發(fā)表了兩篇論文,提出衰老影響認(rèn)知能力的一個(gè)關(guān)鍵角色:血腦屏障。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,研究者修復(fù)血腦屏障“滲漏”引起的問(wèn)題后,成功改善了小鼠的記憶和學(xué)習(xí)能力。鑒于血腦屏障在衰老過(guò)程中有著過(guò)去未知的重要性,最新一期《科學(xué)》子刊Science Translational Medicine以封面故事的形式介紹了這組工作。

 圖片來(lái)源:AAAS;作者:GUNILLA ELAM 圖片來(lái)源:AAAS;作者:GUNILLA ELAM

血腦屏障,顧名思義,是血流和腦組織之間的一道屏障,作用是調(diào)節(jié)血管系統(tǒng)和腦的交流。我們知道,大腦是個(gè)耗能很大的器官,因此腦中鋪設(shè)著許多血管,以便提供充足的氧氣和能量。但血流中還有一些物質(zhì)是腦細(xì)胞并不需要、甚至竭力避開(kāi)的,比如一些致炎因子。由血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞緊密組成的血腦屏障,就起著重要的過(guò)濾作用。

Alon Friedman教授和同事們開(kāi)發(fā)了一種特殊的磁共振成像(MRI)技術(shù)檢測(cè)血腦屏障。他們發(fā)現(xiàn),70歲以上的人群中,近60%的人這套大腦過(guò)濾系統(tǒng)有“滲漏”問(wèn)題。而且,有嚴(yán)重認(rèn)知功能障礙的人,例如阿爾茨海默病患者,血腦屏障滲漏更為嚴(yán)重。

防塵口罩破了,本該擋住的污染物顆粒會(huì)被吸入體內(nèi);類似的,當(dāng)大腦的過(guò)濾系統(tǒng)出現(xiàn)滲漏,血液中可能導(dǎo)致炎癥和細(xì)胞死亡的化學(xué)物質(zhì)會(huì)進(jìn)入腦組織。

以白蛋白(albumin)為例,這種蛋白質(zhì)通常溶解在血清中,被血腦屏障所阻攔。而在大腦發(fā)生創(chuàng)傷后,白蛋白會(huì)滲入腦中,引發(fā)一系列炎癥反應(yīng),從而造成神經(jīng)回路的異常興奮。這也是腦外傷患者容易出現(xiàn)癲癇發(fā)作的一個(gè)原因。

而在此次研究中,Daniela Kaufer教授與同事們分析了人腦組織樣本,發(fā)現(xiàn)衰老在腦中引起的變化與外傷有相同之處。衰老的腦組織中,白蛋白的含量也有所增多,加強(qiáng)神經(jīng)炎癥。

▲MRI結(jié)果顯示,人和小鼠的血腦屏障都會(huì)隨著衰老而出現(xiàn)滲漏(圖片來(lái)源:參考資料[3])▲MRI結(jié)果顯示,人和小鼠的血腦屏障都會(huì)隨著衰老而出現(xiàn)滲漏(圖片來(lái)源:參考資料[3])

Kaufer教授猜測(cè),血腦屏障滲漏引起的“炎性霧霾”可能是影響衰老大腦功能的重要原因。為此,他們?cè)谛∈笊蠙z驗(yàn)了這一想法。

他們模擬血腦屏障滲漏,把白蛋白注入年輕小鼠的腦中。短短一周時(shí)間,年輕的大腦“變老”了?!拔覀儚幕虮磉_(dá)、炎癥反應(yīng)、對(duì)誘發(fā)性癲癇的恢復(fù)能力、癲癇后的死亡率、迷宮中的表現(xiàn)等,再現(xiàn)了大腦的衰老過(guò)程?!盞aufer教授介紹,“并且,這些都和我們注入蛋白的特定位置有關(guān)?!?/p>

而相反操作的一組實(shí)驗(yàn),其結(jié)果更是令人眼前一亮。

分子水平的研究結(jié)果顯示,老年小鼠的大腦中,白蛋白會(huì)在星形膠質(zhì)細(xì)胞中激活TGF-β信號(hào),進(jìn)而引起認(rèn)知障礙。研究團(tuán)隊(duì)中的藥物化學(xué)家Barry Hart教授合成了一種小分子藥物,可以特異性地在星形膠質(zhì)細(xì)胞中阻斷TGF-β受體,降低信號(hào)活動(dòng)水平。于是,研究人員給老年小鼠服用了這種藥物。

老年小鼠的大腦出現(xiàn)了喜人的變化:基因表達(dá)與年輕大腦更相似,炎癥減輕,腦電活動(dòng)的節(jié)律更穩(wěn)定,發(fā)生癲癇的頻率減少。此外,老年小鼠服藥后,在迷宮里找路的空間認(rèn)知能力也顯著恢復(fù),和年齡只有它們一半的年輕小鼠不相上下!

“消除‘炎性霧霾’后,衰老的大腦在幾天之內(nèi)就像年輕的大腦一樣?!毖芯孔髡呖偨Y(jié)說(shuō), “就大腦的可塑性而言,這真的是一個(gè)非常令人樂(lè)觀的發(fā)現(xiàn)。我們能逆轉(zhuǎn)大腦衰老!”

▲MRI結(jié)果(左)顯示血腦屏障滲漏嚴(yán)重的患者,相應(yīng)地其腦電圖結(jié)果(右)表明,AD患者典型的陣發(fā)性慢波腦電活動(dòng)也出現(xiàn)得更頻繁(圖片來(lái)源:參考資料[2])▲MRI結(jié)果(左)顯示血腦屏障滲漏嚴(yán)重的患者,相應(yīng)地其腦電圖結(jié)果(右)表明,AD患者典型的陣發(fā)性慢波腦電活動(dòng)也出現(xiàn)得更頻繁(圖片來(lái)源:參考資料[2])

在這些結(jié)果的基礎(chǔ)上,研究人員提出,結(jié)合MRI和腦電圖,可以幫助醫(yī)生監(jiān)測(cè)患者的血腦屏障,然后利用藥物進(jìn)行干預(yù)。

“我們現(xiàn)在有了兩個(gè)生物標(biāo)記物可以確切指出血腦屏障哪里滲漏,因此醫(yī)生可以找出需要治療的患者,并確定給藥多長(zhǎng)時(shí)間。”Kaufer教授說(shuō),“你可以追蹤患者的情況,等到血腦屏障愈合,就可以停藥?!?/p> ▲Alon Friedman教授和Daniela Kaufer教授是這兩項(xiàng)研究的共同通訊作者,他們已合作了二十多年,致力于確定血腦屏障在腦部疾病中的作用(圖片來(lái)源:UC Berkeley官網(wǎng))▲Alon Friedman教授和Daniela Kaufer教授是這兩項(xiàng)研究的共同通訊作者,他們已合作了二十多年,致力于確定血腦屏障在腦部疾病中的作用(圖片來(lái)源:UC Berkeley官網(wǎng))

目前,Kaufer教授、Friedman教授和Hart教授開(kāi)辦了一家公司,開(kāi)發(fā)可用于臨床的藥物修復(fù)血腦屏障滲漏。他們希望,這不僅可以幫助中風(fēng)、腦震蕩或腦外傷的患者減輕腦部炎癥,最終還能幫到血腦屏障滲漏的AD患者或其他癡呆癥患者。

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