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大脑衰老的秘密藏在血液中?

每当中年立志学英语的老妈感叹单词总也记不住,每当被叮嘱了很多遍的外婆又一次忘记吃药,她们总会说:“唉,上了年纪不中用了,记性越来越差。”的确,衰老的一大特征就是神经系统的老化,伴随着神经元再生(即神经发生)的减少,人的学习、记忆等能力也会出现不同程度的损伤。

人的神经发生过程大部分都在胎儿期和婴幼儿时期完成,成年后大脑中只有两个与学习和记忆密切相关的部位会继续产生新的神经元,分别是海马齿状回的颗粒下区和是侧脑室的脑室下区。人们发现它们有一个共同点,就是周围布满血管,有机会与血液循环系统进行物质交流。

那神经系统的衰老除了受到已知的一些系统内部因素的影响,会不会同样受到来自血液的外部因素影响呢?来自斯坦福大学的托尼·维斯-科雷(Tony Wyss-Coray)和同事们一起以小鼠为研究对象对这种可能性进行了研究,并将研究成果发表在科学期刊《自然》(Nature)上[注]

衰老要怎么衡量

随着年龄的增加,神经元再生的部位会出现什么变化呢?以往的研究告诉我们,神经元再生会慢慢减少,会造成神经组织退化的神经发炎却会增多,突触可塑性下降,在个体行为上表现出来的就是学习能力下降与记忆的减退。

为了方便在研究中对这些衰老的特征进行衡量,维斯-科雷和同事们主要使用了两个参数:在细胞层面上,神经元再生越活跃,双肾上腺皮质激素(DCX)阳性的神经元含量就会越高;在个体行为的检测中,则通过恐惧性条件反射和水上迷宫测试完成水平的好坏,来判断老化程度。

衰老的血液会影响神经元的再生吗?

为了解开这个谜团,研究者们首先使出了联体鼠。没错!就是珠联璧合亲密无间双剑合璧的……两只鼠。它们可不是简单的用万能胶粘在一起的,联体的两只小鼠之间血管相通,相当于共用一套血液循环系统。

科学家们准备了两种联体鼠,一种是同时联体鼠,即联体的两只小鼠都是年轻或都是年老的组合;另一种则是异时联体鼠,即两只小鼠一个年轻一个年老。通过对两种联体鼠的跟踪测量,发现异时组合中的年轻小鼠DCX阳性神经元水平明显下降,而年老的那只水平上升。但同时联体鼠中并未出现这种现象,无论是年轻/年轻组合还是年老/年老组合,DCX阳性神经元水平都保持不变。

由此看来,衰老带来的血液变化同样会通过循环影响神经系统,使神经元再生减少。不过这种效果是通过血细胞还是血浆中其他因子做到的呢?

研究者们给血细胞加上了绿色的荧光蛋白,使血细胞的分布一目了然——无论是同时连体鼠还是异时联体鼠,血细胞在联体的两只老鼠体内分布情况大致相似。但分别提取年轻和年老小鼠的血液,将血浆与血细胞分离后把血浆注射进年轻小鼠的体内,与接受年轻小鼠血浆的小鼠相比,接受年老小鼠血浆的小鼠DCX阳性神经元含量下降。这些证据说明,血细胞并不是影响神经系统的因素,血浆中溶解着的某些因子才是罪魁祸首。

是不是你在作怪?

仅仅知道影响神经系统老化的是血浆中的某些因子可不能满足科学家的好奇心。研究者们随后比较了多个因子的水平,发现有6种因子在年老小鼠和异时联体鼠中的年轻小鼠体内含量都有上升。其中,一种叫做CCL11的因子特别引人注意。之前人们只知道这种趋化因子在过敏反应中扮演重要角色,不知道它与衰老有何关系。但针对人类的研究发现,在20岁-90岁的人群中,CCL11在血浆和脑脊髓液中的水平会随着年龄增长而升高,所以这种可能与人类衰老密切相关的因子被研究者选中单独进行了更深入的研究。

研究者们先让小鼠服用CCL11,结果发现血浆中的CCL11水平升高,而神经元再生部位的DCX阳性神经元水平下降。如果向这些小鼠腹腔注射可以中和CCL11的抗体,DCX阳性神经元水平又会恢复正常。

接着他们从小鼠体内取出一部分神经干细胞或神经前体细胞,分别加入年老小鼠和年轻小鼠的血清培养,加入年老小鼠血清的神经干细胞/前体细胞形成的神经球(由神经干细胞发育而来,即将继续发育成神经元的细胞团)数量明显少于用年轻小鼠血清培养的细胞。

研究者们还尝试着把CCL11直接注射到年轻小鼠的神经元再生部位,结果这些部位的DCX阳性神经元数量下降,小鼠在恐惧条件反射和水上迷宫的测试中成绩也明显变差。当可以中和CCL11的抗体被注射到同一部位后,DCX阳性神经元数量又会慢慢恢复。

根据这些实验结果,科学家们基本确定,衰老引发的血液中的某些分子变化(如CCL11水平升高)确实会作用于神经系统,影响神经元再生,损害认知能力。因此,他们认为应该对血液中的各种因子进行更广泛的筛选,找到更多还不被人所知的影响神经系统老化的元素,这对于未来治疗某些疾病和恢复受损伤的学习记忆能力可能意义非凡。

在电影《猩球崛起》中,年轻的科学家威尔坚持不懈地研究阿兹海默症的治疗方法,其最重要的动力之一就是目睹父亲逐渐失去记忆、神经系统被慢慢吞噬的痛苦。尽管本文所述的研究并非针对阿兹海默症,但希望随着研究的深入,有一天这项技术可以让大脑衰老的脚步慢下来,缓解人们因为认知能力降低和记忆受损的痛苦。

编辑的话:跟如何延缓大脑衰老比起来,我更关心如何延缓外貌的衰老……
参考文献:  
[注] Villeda, S.A., et al., The ageing systemic milieu negatively regulates neurogenesis and cognitive function. Nature, 2011. 477(7362): p. 90-4.
The End

发布于2012-03-28, 本文版权属于凤凰网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系凤凰

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绵羊c

细胞生物学硕士,凤凰译者

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