阿尔茨海默病会窃取记忆、独立性,甚至常常夺走生命本身。药物可以缓解症状,但无法阻止疾病的进展。多年来,科学家们一直将研究重点放在大脑上,试图清除与痴呆症相关的粘性蛋白斑块。如今,一项新研究表明,身体中的一个意外伙伴——肌肉——可能提供帮助。
佛罗里达大西洋大学(Florida Atlantic University)和哥本哈根大学(University of Copenhagen)的研究人员报告称,运动时肌肉释放的一种蛋白质能在模拟阿尔茨海默病的小鼠模型中保护记忆并维持脑部健康。这项发表在《Aging Cell》期刊上的工作暗示,拯救心智的路径也可能贯穿整个身体。
这种蛋白质是组织蛋白酶B(Cathepsin B),简称Ctsb。它曾因出现在癌症和脑损伤中而声名狼藉。但科学家们还发现,它作为一种“肌肉因子”(myokine)发挥作用,即肌肉产生的信号分子。在人体中,运动或电刺激肌肉后,Ctsb水平会上升。更高水平的Ctsb与更敏锐的思维能力相关联。
将运动转化为生物学机制
你已知晓体育活动能提升情绪并改善思维敏锐度。但你可能不了解肌肉与大脑的“对话”程度有多深。当肌肉工作时,它们会释放通过血液传递的信息,改变大脑行为。研究人员希望在不强迫动物训练的情况下,重现部分这种信息。
佛罗里达大西洋大学(Florida Atlantic University)副教授兼FAU斯泰尔斯-尼科尔森脑研究所(FAU Stiles-Nicholson Brain Institute)成员亨利埃特·范普拉格(Henriette van Praag)领导的团队尝试了一种大胆方法。他们没有让小鼠跑步,而是使用基因疗法直接在肌肉中提高Ctsb水平。
范普拉格表示:“我们的研究首次表明,在肌肉中特异性表达组织蛋白酶B,可以预防阿尔茨海默病小鼠模型的记忆丧失并维持脑功能。”
团队使用了一种名为APP/PS1的标准阿尔茨海默病小鼠模型。这些小鼠随着年龄增长会出现斑块堆积、脑部炎症和记忆问题。在四个月大、严重疾病尚未发作时,动物接受了携带Ctsb基因的无害病毒。该病毒被设计为主要在骨骼肌中激活。其他小鼠则接受“空白”病毒作为对照。
小鼠实验揭示的结果
到动物十个月大时,差异变得清晰。接受肌肉治疗的阿尔茨海默病小鼠在水迷宫测试中更快找到隐藏平台。它们在一天后更能记住位置。在恐惧测试中,它们对声音和环境的反应也更接近正常。
简言之,它们的记忆表现更像健康小鼠。
患病小鼠的运动能力也得到改善。未经治疗的动物在旋转杆平衡测试中表现困难。而肌肉中Ctsb水平较高的小鼠能像健康对照组一样长时间保持平衡。
大脑似乎接收到了肌肉信号。在对学习至关重要的海马体区域,接受治疗的阿尔茨海默病小鼠拥有更多新生神经元。这一点至关重要,因为该疾病会随着时间推移显著降低大脑生成新神经元的能力。
结果并非全是好消息。接受治疗的健康小鼠在某些测试中表现出较弱的记忆。同一种对患病动物有益的帮助,似乎让健康动物感到困惑。
与传统阿尔茨海默病研究不同的发现
这项研究最引人注目的部分或许是未发生变化的内容。该疗法并未清除淀粉样蛋白斑块,也未减少阿尔茨海默病中过度活跃的免疫细胞。疾病的经典特征依然存在。
但记忆仍得到了改善。
一位研究人员私下表示:“看到行为恢复而斑块保持不变,这令人惊讶。”团队认为,肌肉信号通过强化大脑内部机制而非清除碎片来发挥作用。
科学家分析了大脑、血液和肌肉中的数千种蛋白质。在治疗后的阿尔茨海默病小鼠中,与RNA生成和管理相关的蛋白质水平恢复至更健康状态。其他变化暗示脑细胞能更轻松地合成蛋白质。支持细胞生长和通信的信号也朝着正确方向转变。
哥本哈根大学(University of Copenhagen)副教授阿图尔·S·德什穆克(Atul S. Deshmukh)表示,这显示了肌肉与心智之间紧密的联系。
他说:“肌肉不仅是机械组织,它还是大脑的强大通信者。”
治疗后小鼠的血液样本也提供了线索。与能量利用相关的化学通路得到改善,有害的炎症信号减弱。整体身体状态开始 resemble 更年轻、更健康的动物。
前景与谨慎
研究人员强调,这仍处于早期科学阶段。研究仅使用了雄性小鼠,样本量小,其他阿尔茨海默病模型可能反应不同。最重要的是,对小鼠有效的疗法可能在人体中失败。
还有另一项警告:由于健康小鼠反应不良,任何未来疗法都需要严格控制。对受损大脑有益的物质可能伤害健康大脑。
尽管如此,外部专家认为这项工作具有开创性。
斯泰尔斯-尼科尔森脑研究所(Stiles-Nicholson Brain Institute)执行主任兰迪·布莱克利(Randy Blakely)表示:“这些研究代表了重要一步。它们展示了我们肌肉的信号如何深刻影响记忆和认知。”
这一发现也为保持活跃的古老建议赋予了新意义。锻炼可能不仅强健心脏,还会向大脑发送化学“拥抱”。
研究的实际意义
该研究指出了痴呆症治疗的全新靶点:骨骼肌。研究人员可能探索增强有益肌肉信号的方法,而非仅专注于清除大脑斑块。
未来,这可能导致无需基因疗法就能提升或模拟Ctsb等肌肉蛋白的药物。临床治疗或可根据个体是否已出现认知衰退进行个性化设计。
该研究还强化了定期锻炼的医学依据。肌肉健康可能是抵御脑部疾病的最佳防线之一。针对老年人的项目可利用这一洞见设计同时保护身体和心智的锻炼方案。
对科学家而言,这项工作打开了将身体视为整合网络(而非孤立器官)进行研究的大门。肌肉、血液或肝脏中发生的变化,可能悄然影响大脑神经元的命运。
研究结果已在线发表于《Aging Cell》期刊。
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