美国国立卫生研究院（NIH）的研究揭示，脑细胞衰老并不均匀，其中下丘脑细胞受衰老影响最为显著。先进的脑细胞绘图工具显示，老年小鼠的免疫活动增加，而神经元功能下降。这些发现可能为治疗与衰老相关的脑部疾病提供新的思路。
小鼠研究揭示衰老如何影响脑细胞的基因活动
由美国国立卫生研究院资助的新脑细胞绘图研究表明，大脑中不同类型细胞以不同的方式衰老。科学家们发现，某些负责激素调节的小细胞群在基因活动方面经历了更显著的老化变化。该研究结果发表在《自然》杂志上，表明某些细胞比其他细胞更容易受到衰老和脑相关疾病的影响。
“衰老是阿尔茨海默病及其他许多毁灭性脑部疾病最重要的风险因素。这些结果提供了详细的脑细胞老化图谱，显示哪些脑细胞可能最受衰老影响，”美国国立衰老研究所主任理查德·霍德斯博士（Richard J. Hodes, M.D.）说。“这一新图谱可能会彻底改变科学家对衰老如何影响大脑的看法，并为开发新的衰老相关脑疾病治疗方法提供指导。”
研究方法和主要发现
科学家们使用先进的基因分析工具，研究了2个月大的“年轻”小鼠和18个月大的“老年”小鼠大脑中单个细胞的基因活动。对于每个年龄组，研究人员分析了位于16个不同广泛区域的大约35%小鼠脑体积的各种细胞类型的基因活动。
与之前的研究一致，初步结果显示，与神经回路相关的基因活动减少。这些减少出现在神经元（主要的回路细胞）以及称为星形胶质细胞和少突胶质细胞的“胶质”细胞中，这些细胞通过控制神经递质水平和电绝缘神经纤维来支持神经信号传导。相反，衰老增加了与大脑免疫和炎症系统以及脑血管细胞相关的基因活动。
进一步分析帮助确定了哪些细胞类型可能对衰老最敏感。例如，研究结果表明，衰老减少了至少三个不同脑区中新生成的神经元的发展。先前的研究表明，这些新生成的神经元中的一些可能在控制某些形式的学习和记忆的回路中起作用，而另一些则可能帮助小鼠识别不同的气味。
下丘脑和衰老敏感性
最易受衰老影响的细胞围绕第三脑室，这是一个使脑脊液通过下丘脑的主要通道。位于小鼠脑底部的下丘脑产生可以控制体温、心率、睡眠、口渴和饥饿等基本需求的激素。研究结果显示，第三脑室周围的细胞和邻近下丘脑的神经元在衰老过程中基因活动变化最大，包括免疫基因增加和与神经回路相关的基因减少。
作者指出，这些观察结果与之前关于几种不同动物的研究结果相符，这些研究显示了衰老与身体代谢之间的联系，包括间歇性禁食和其他限制热量摄入的饮食可以延长寿命。具体来说，下丘脑中对衰老敏感的神经元已知会产生控制进食和能量的激素，而第三脑室周围的细胞则控制着激素和营养物质在大脑和身体之间的传递。
含义和未来研究
还需要更多的研究来探讨这些发现背后的生物学机制，并寻找与人类健康可能存在的任何联系。
该项目由西雅图艾伦脑科学研究所的凯利·金博士（Kelly Jin, Ph.D.）、博斯利卡·塔西奇博士（Bosiljka Tasic, Ph.D.）和曾洪奎博士（Hongkui Zeng, Ph.D.）领导。科学家们使用了作为NIH“通过推进创新神经技术进行脑研究（BRAIN）计划——细胞普查网络（BICCN）”一部分开发的脑绘图工具，研究了来自年轻和老年小鼠的超过120万个脑细胞，约占总脑细胞的1%。
“多年来，科学家们主要是一次研究一个细胞，以了解衰老对大脑的影响。现在，借助NIH BRAIN计划支持的创新脑绘图工具，研究人员可以研究衰老如何影响整个大脑的大部分区域，”BRAIN计划主任约翰·奈伊博士（John Ngai, Ph.D.）说。“这项研究表明，从更全面的角度研究大脑可以为科学家提供关于大脑如何衰老以及神经退行性疾病如何破坏正常衰老活动的新见解。”
参考文献：“小鼠健康衰老的脑内细胞类型特异性转录特征”由凯利·金、子帧姚、辛蒂·T·J·范·维尔托文、伊坦·S·卡普兰、凯蒂·格拉特费尔德、塞缪尔·T·巴洛、加布里埃拉·博耶、丹尼尔·凯里、塔马拉·卡斯珀、阿尼什·B·查卡、鲁希尔·查克拉巴蒂、迈克尔·克拉克、麦克斯·迪帕蒂、玛丽·德西尔托、阿曼达·加里、杰西卡·格洛、杰夫·戈尔迪、内森·吉尔福德、朱尼塔·古兹曼、丹尼尔·赫希斯坦、张基宇、李丽、Trangthanh Pham、梅丽莎·雷丁、卡拉·罗伦芬奇、奥古斯汀·鲁伊兹、乔什·塞维尼、娜迪亚·沙波瓦洛娃、柳德米拉·舒尔加、约瑟夫·苏尔、艾米·托克尔森、赫尔曼·童、Boaz Levi、苏珊·M·桑金、尼克·迪、卢克·埃斯波西托、金伯利·A·史密斯、博斯利卡·塔西奇和曾洪奎撰写，于2024年12月32日发表在《自然》杂志上。DOI: 10.1038/s41586-024-08350-8
本研究得到了NIH资助的R01AG066027和U19MH114830项目的支持。
研究人员可以通过访问以下网站获取研究数据：
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