一项新研究揭示了特定脑细胞清除阿尔茨海默病相关有害蛋白的生物学机制。科学家通过提高小鼠体内特定调控蛋白的水平,成功清除了现有脑部斑块并阻止了记忆丧失。该研究成果发表于《自然·神经科学》期刊。
大脑依靠庞大细胞网络维持日常功能。虽然神经元因其信号传递作用常受关注,但其功能离不开星形胶质细胞的支持。这类星形细胞曾被视为仅起黏合作用的"胶水",现代科学已确认它们是脑健康的重要参与者,能促进神经元间通信并辅助记忆存储。
随着脑部衰老,星形胶质细胞会发生显著的结构与功能变化。贝勒医学院研究团队(包括第一作者崔东柱和资深作者本杰明·迪恩)深入探究了这些年龄相关变化与神经退行性疾病的关系,重点研究了细胞变化如何影响阿尔茨海默病等疾病进程。
研究聚焦于Sox9蛋白——细胞内的核心调控因子。该蛋白控制着衰老过程中星形胶质细胞功能相关的多组基因活性。团队假设,调控该蛋白可能改变大脑对毒性蛋白积聚的反应方式。
阿尔茨海默病的特征是β-淀粉样蛋白斑块堆积,这些毒性蛋白团块在神经细胞间积聚,破坏细胞功能,是疾病病理的标志性表现。研究人员试图验证星形胶质细胞能否被诱导清除这些沉积物。
实验采用已出现阿尔茨海默病症状的小鼠模型,这些动物已存在记忆缺陷并在脑内形成稳定斑块。崔东柱强调:"关键在于我们选用的模型已出现认知障碍和脑部斑块,这比在斑块形成前进行实验的模型更贴近临床患者实际情况。"
该设计区别于多数预防性研究。当前多数临床前试验在动物发病前测试疗效,而本实验针对已建立损伤的模型,更符合人类患者诊断时已发生显著生物学改变的现实。
研究人员对小鼠Sox9基因表达进行调控,设立两个实验组:一组敲除Sox9生成基因,另一组诱导星形胶质细胞过量表达该蛋白。经过六个月观察,通过标准行为测试评估小鼠认知健康,包括物体识别和位置记忆能力。
脑部检查显示两组结果截然不同:降低Sox9表达加速了淀粉样斑块形成,导致星形胶质细胞结构复杂性下降;而提升Sox9水平则产生积极效果——星形胶质细胞呈现更复杂的形态与活性,主动清除β-淀粉样沉积物。迪恩表示:"我们发现增加Sox9表达促使星形胶质细胞像吸尘器般大量吞噬阿尔茨海默病斑块。"
这种生物学清除直接转化为认知功能保护。Sox9水平升高的小鼠未出现同类动物的记忆衰退,其物体与位置识别能力保持完整,表明星形胶质细胞对斑块的物理清除可阻断神经退行性认知衰退。
研究同时解析了该清除过程的分子通路:Sox9调控细胞表面的MEGF10受体,该受体使星形胶质细胞具备吞噬能力。当Sox9水平升高时,MEGF10受体增加,为细胞提供消化淀粉样斑块的必要机制。团队证实该信号通路足以维持认知功能。
迪恩指出:"当前疗法多聚焦神经元或预防斑块形成,而本研究表明增强星形胶质细胞的天然清洁能力同样重要。" 这标志着潜在治疗策略的转变——现有药物研发多直接靶向神经元或抑制β-淀粉样蛋白生成,本研究则指向利用大脑固有免疫维护系统修复损伤的新路径。
需注意研究存在局限性:小鼠模型无法完全复制人类生物学特性;研究时长(对小鼠而言显著)相比人类阿尔茨海默病数十年发展进程仍较短暂。人类脑中星形胶质细胞体积更大、类型更多样,Sox9-MEGF10通路在人体的作用需进一步验证。此外,Sox9作为核心调控因子的长期过表达可能带来其他生理影响,未来研究或聚焦通路的短暂激活或直接靶向MEGF10受体。
该成果为星形胶质细胞疗法开辟了新方向。通过理解这些支持细胞的衰老机制,科学家可发现新的干预靶点,旨在恢复大脑自我维护的年轻态功能。迪恩团队强调,这是理解神经退行性疾病复杂性的关键一步——脑内不同细胞类型的相互作用共同决定疾病进程,仅关注神经元无法完整呈现脑健康图景。
研究凸显了非神经元细胞在对抗痴呆症中的重要性。随着全球人口老龄化加剧,阿尔茨海默病患病率持续攀升,亟需针对细胞功能障碍根源的创新疗法。本研究为将大脑支持细胞转化为抗病主动防御者奠定了坚实基础。
此项题为《阿尔茨海默病小鼠模型中星形胶质细胞Sox9过表达促进β-淀粉样蛋白斑块吞噬并保护认知功能》的研究,由崔东柱、Sanjana Murali、Wookbong Kwon等研究者共同完成。
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