首次!注入年轻的脑脊液,或能逆转大脑衰老
当大脑衰老了,它所处的液体环境都会不利于它生存。如果将这个环境变“年轻”,或者只是改变其中的某种分子,能逆转大脑的衰老吗?近期,一项发表于《自然》研究认为,是可以的。
撰文 | clefable
审校 | 二七
正常情况下,我们的脑子不会进水,但里面确实有水,大概有150~270毫升。这些水无色、透明、质地像血浆一样,它们也被称为脑脊液,充盈着大脑和脊髓,由侧脑室、第三和第四脑室的脉络丛产生。而为了维持体积稳定,多余的脑脊液也会被脊髓排出。
大脑里的水
《科学》杂志在2013年和2019年各发表了一篇有关脑脊液清洁能力的研究。这2项研究相互补充,发现当人们晚上睡着时,平常充盈在大脑组织周围的脑脊液会顺应睡眠周期,通过一些小通道进入大脑组织中。它们就像“清洗剂”一样,不断流过、冲刷神经组织,带出白天在其中堆积的有害蛋白质,例如β-淀粉样蛋白。
而对脑脊液功能更充分的解释,来自于2020年的一篇综述性研究,文章认为脑脊液不仅是一个保护大脑的液体缓冲垫、离子缓冲液和废物池,它还是中枢神经系统的一部分,能让我们更全面地理解这一特殊的、让人类具有智能的系统。
脑脊液会跟随着大脑组织一起发育、衰老。在发育早期,脑脊液中携带的信号分子能促进神经祖细胞的增殖、分化。而当人衰老时,脑脊液也会发生变化,最明显的就包括炎症蛋白增加、生长因子(例如脑源性神经营养因子BDNF)减少。BDNF能增强神经突触的可塑性(有利于记忆形成),促进海马体等脑区的神经发生以及神经元发育和分化。由此可见,衰老后,大脑中的液体环境越来越不利于神经元的生存了。
那如果将衰老的脑脊液替换成年轻的脑脊液,个体的记忆等大脑功能能改善吗,或者说能逆转大脑衰老吗?近期,一项发表于《自然》的研究详细解答了这一问题。这项研究的通讯作者、美国斯坦福大学的神经学家Tony Wyss-Coray从20世纪90年代开始研究大脑衰老,当时他意识到对大脑影响最直接的是脑脊液,但当时的技术并不允许他直接进行脑脊液相关的研究。
随后,Wyss-Coray便转为研究人体内的另一种液体——血液。2014年,他和同事们有了一项惊人的发现:老年小鼠和年轻小鼠的血液系统连接在一起后,年轻的血液能改善老年小鼠的大脑功能。而最近的这项新研究中,文章的第一作者Tal Iram通过精细的手术技巧,使得脑脊液研究成为可能。这些突破性的研究在逆转大脑衰老的同时,也揭示了真正发挥关键作用的分子,而这或许能帮助我们治疗和衰老相关的多种大脑疾病。
注入年轻的脑脊液
新研究中,脑脊液的提供者是10周大的小鼠,它们刚刚成年,而接受者是20个月大的小鼠,它们已经进入了中老年。研究人员从年轻小鼠的脑中获得了90微升左右的脑脊液(其中的免疫细胞已被去除),并在7天的时间里,以每小时0.5微升的速度注射到老年小鼠的脑中。共有8只老年小鼠经历了这一过程,这里称为YM-CSF组。说明一下,成年小鼠的脑脊液通常是40微升左右,并会以1.98微升/每小时的速度更新。由此可见,老年小鼠的脑脊液并没有完全被年轻小鼠的脑脊液替换。而作为对照,他们还给9只老年小鼠注射了人造脑脊液(为aCSF组)。
为了测试老年小鼠海马体的学习和长期记忆能力,早在以上过程开始的2天前,研究人员就让其中的老年小鼠遭受了伴随有声音、闪光的足部电击,并作为实验开始的第1天,随后的3~10天注射脑脊液,在3周之后,重复电击实验。如果小鼠听到声音和看到闪光后,能想到马上会有电击,就代表它们形成了长期记忆。
从结果来看,YM-CSF组的老年鼠确实记住了3周前的实验,而且在感知到声音和闪光后,它们的身体因恐惧僵硬的速度更快。而aCSF组小鼠的僵硬速度几乎等同于首次接受实验的老年小鼠,它们没有记住。这个现象说明,年轻的脑脊液确实让老年小鼠的学习和长期记忆能力更强了。
对2组老年鼠海马体的RNA测序(DNA会转录成RNA,RNA又会被翻译成蛋白质,因此测量RNA能了解基因的表达情况)显示,aCSF组和YM-CSF组的基因表达已经存在很大的差异,共涉及271个基因,115个基因的表达量降低,156个基因的表达量增加。其中增加比较显著的是少突胶质细胞(oligodendrocyte)会表达的基因。这种细胞能经过复杂的增殖、迁徙和分化过程,最终形成包裹轴突的绝缘髓鞘。
轴突上包裹的髓鞘的厚度能决定电信号传递的快慢,对大脑处理、整合信息,以及学习和记忆过程有极其关键的影响。而髓鞘的损失也和认知能力降低,以及多种疾病有关,如多发性硬化症。
而实验中基因表达增强也显示了,改变后,脑脊液中的成分能促进老年小鼠中这类细胞的分化,增加成熟的少突胶质细胞的可塑性。但从小鼠的整个大脑来看,脑脊液带来的改变并不明显,但对海马体的影响比较明显,相比于此前,其中增殖的少突胶质细胞增加了2.35倍。
实验还测试了健康的年轻人(24.6岁)和老年人(69岁)的脑脊液对老年小鼠的影响。年轻人和年轻小鼠的脑脊液促进少突胶质细胞增殖的能力相当,而老年人的脑脊液效果只有前两者的一半。而随着少突胶质细胞逐渐成熟,海马体中髓鞘的密度会增加,被包裹的轴突也会增多。这些都充分说明了年轻的脑脊液中,有些成分可能促进少突胶质细胞的增殖、分化和成熟,或者抵消了抑制剂(存在于老年小鼠脑脊液中)的影响。
与人造脑脊液(aCSF)相比,注入年轻小鼠的脑脊液(YM-CSF)能让老年海马体中髓鞘的密度增加更多,被包裹的轴突也更多。(图片来源于研究论文)
一顶一百
为了找出发挥关键作用的物质,研究者开始用年轻人的脑脊液(来自于3位捐献者)培养小鼠的少突胶质细胞,并标记了细胞新产生的RNA。在脑脊液的诱导下,细胞最先大量表达的是血液效应因子(serum response factor,SRF)。这种转录因子在骨骼肌、心脏和神经元中广泛存在,能诱导细胞的增殖、移动和分化。研究人员发现,少突胶质细胞的增殖过程被触发正是依赖SRF以及其下游的信号通路。除此之外,SRF也能促使一些和衰老、阿尔茨海默病形成相关的基因下调。
脑脊液中可能有上百种蛋白能诱导了细胞产生SRF和后续的过程,那最为关键的分子是什么呢?结合实验数据和脑脊液蛋白组数据库,研究人员获得了35个潜在的SRF诱导分子,并逐一测试这些蛋白质的诱导能力,结果发现了成纤维细胞生长因子8(Fgf8)和Fgf17,对SRF的诱导活性和剂量明显相关。在上述的实验中,研究人员就发现注射一次年轻的脑脊液,并不能促进老年小鼠的少突胶质细胞增殖等。
在所有可能的诱导分子中,他们最关注的是Fgf17,这个分子有2个特点:在大脑中十分丰富,且会随着大脑衰老而减少。当研究人员用浓度为每毫升40 ng的Fgf17培养少突胶质细胞时,细胞确实开始增殖和分化。为了证明Fgf17也能在体内发挥同样的效果,研究人员像注射脑脊液一样,将Fgf17和Fgf8注射进了小鼠的大脑中。
结果证明,Fgf17能促进海马体中少突胶质细胞的增殖,而Fgf8不行。实际上,Fgf17也几乎能完全重现年轻的脑脊液对老年小鼠记忆力的有益影响,提高小鼠的长期记忆能力。当这种分子被抑制后,小鼠的认知能力会受损,少突胶质细胞的增殖等过程也会被抑制。
从年轻小鼠的脑脊液到找到其中真正关键的分子,这个过程有点类似于大海捞针。不过现有技术的加持下,这个过程也变得容易一些。美国波士顿儿童医院和哈佛大学医学院的神经学家Maria Lehtinen(未参与这项研究)表示:“这是第一项证明注入年轻小鼠的脑脊液能真正改善认知功能的研究,这是一个真正的里程碑。”
无疑这项突破性的研究,打开了逆转大脑衰老的一扇门,但如何应用研究中的发现来治疗和衰老相关的神经系统疾病,以及真正逆转人类的大脑衰老,还有待更深入的研究。
相关阅读:
用年轻人的血液延缓衰老:这项研究能否找出长寿秘方?
熬夜,正让无数人走在变傻的边缘——Science论文说的
封面图来源:Ivar Mendez
参考链接:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04722-0(研究论文)
https://www.statnews.com/2022/05/11/transfusion-of-young-cerebrospinal-fluid-is-memory-elevating-elixir/
https://science.sciencemag.org/content/366/6465/628.full
本文转自《环球科学》
睾丸组织冷冻20多年后,还能产生精子?
实验室里冷冻了20多年的睾丸细胞,终于解除封印了。撰文|栗子审校|二七想象一位男性患上癌症,且肿瘤生长的部位靠近生殖器官或者一些相关腺体,那放疗或化疗就可能对他的生育功能造成威胁。诺哈网2023-05-25 21:39:390000马桶里,隐藏了多少可怕的生物?
来源:好奇心实验室想象一下,在某天深夜你上厕所,掀开马桶盖时,突然从马桶里窜出个奇怪的玩意儿,之后你的胯下就一阵剧痛,这该是何等酸爽的体验?去年年底,一荷兰男子在南非度假,结果真就在上厕所时被一条眼镜蛇咬到了丁丁……该男子被咬伤之后因在野生动物园的保护区,过了几个小时才到了治疗的地方。最后因食肉细菌在体内定居,所以被迫……被迫……切掉了一段儿丁丁……诺哈网2023-05-26 02:55:390000换点脑脊液,记忆力更强?
科学家发现,灌注了年轻小鼠脑脊液(CSF)的老年小鼠之所以出现了记忆改善,可能要归功于对神经细胞功能具有恢复能力的生长因子。相关研究结果5月11日发表于《自然》,它证明了年轻小鼠的脑脊液对衰老大脑具有潜在的再生性能。诺哈网2023-05-25 22:22:340000伴随地球自转加快,Meta公司加入“反闰秒”队伍!
新浪科技讯北京时间8月5日上午消息,据报道,近期,Meta(Facebook母公司)加入科技巨头的行列,一起呼吁结束闰秒规则,闰秒是人类对地球自转时间微小变化的复杂解释方式。随着Meta公司加入多年来不断呼吁取消闰秒算法的科技企业队伍,一场辩论可能会在2023年全球会议上达到高潮,如果地球继续自转加快,每天的时间会缩短,其缩短趋势可能超出人们的预期。诺哈网2023-05-26 12:10:210000最新AI技术无创解码“大脑语言”,准确率达73%!
新浪科技讯北京时间9月14日上午消息,据报道,目前,人工智能技术使得非侵入式大脑解码技术更进一步!尽管该技术尚不能使无法语言交流人群像正常人那样谈笑风声,但可使科学家精准解码他们的语音内容。诺哈网2023-05-26 23:55:450000