非神经元脑细胞称为室管膜细胞，在小鼠的下丘脑中根据其深度进行照明和颜色编码。这些细胞是小鼠大脑中随着年龄增长而发生大量基因转录变化的细胞类型之一。图片来源：艾伦研究所
最大规模的大脑衰老研究指出饮食、炎症和大脑健康之间的潜在联系。
艾伦研究所的科学家们发现，小鼠特定类型的脑细胞在衰老过程中经历了显著变化。他们还确定了一个集中了许多这些变化的独特“热点”。该研究于今天（1月1日）发表在《自然》杂志上，这些发现可能会导致开发旨在减缓或管理大脑衰老过程的疗法。
关键发现：衰老脑细胞的研究成果
- 敏感细胞： 科学家们发现了几十种特定的细胞类型，主要是胶质细胞，即所谓的脑支持细胞，这些细胞在衰老过程中经历了显著的基因表达变化。受影响较大的包括小胶质细胞、边界相关巨噬细胞、少突胶质细胞、室管膜细胞和内皮细胞。
- 炎症和神经元保护： 在衰老的大脑中，与炎症相关的基因活性增加，而与神经元结构和功能相关的基因活性减少。
- 衰老热点： 科学家们发现了一个特定的热点，结合了神经元功能下降和炎症增加的现象，位于下丘脑。最显著的基因表达变化发生在靠近下丘脑第三脑室的细胞类型中，包括室管膜细胞、内皮细胞和已知在食物摄入、能量稳态、新陈代谢及身体如何利用营养方面起作用的神经元。这指出了饮食、生活方式因素、大脑衰老以及可能影响我们对与年龄相关的脑部疾病易感性的变化之间的潜在联系。
衰老研究的影响和未来方向
“我们的假设是，这些细胞类型在整合来自环境或我们所摄取事物的信号方面变得效率较低，”艾伦脑科学研究所的科学家Kelly Jin博士说，“这种效率的丧失某种程度上促成了我们身体其他部分的衰老。我认为这是非常惊人的，我们能够用现有的方法找到这些非常具体的变化。”
为了进行这项研究，由美国国立卫生研究院（NIH）资助的研究人员使用了最先进的单细胞RNA测序和通过NIH的BRAIN计划开发的先进脑图谱工具，绘制了来自年轻（两个月大）和老年（18个月大）小鼠跨越16个广泛脑区的超过120万个脑细胞的地图。18个月大的小鼠相当于晚期中年人类。小鼠大脑在结构、功能、基因和细胞类型方面与人类大脑有许多相似之处。
“衰老是阿尔茨海默病和其他许多破坏性脑部疾病最重要的风险因素。这些结果提供了一份详细的地图，展示了哪些脑细胞可能最受衰老影响，”NIH国家老龄化研究所主任Richard J. Hodes博士说，“这份新地图可能会从根本上改变科学家对衰老如何影响大脑的看法，并为开发针对与年龄相关的脑部疾病的新治疗方法提供了指南。”
新治疗方案的潜力
了解下丘脑中的这个热点使其成为未来研究的焦点。除了知道要特别针对哪些细胞外，这可能导致开发与年龄相关的治疗方案，帮助保持功能并预防神经退行性疾病。
“我们希望开发可以靶向这些细胞类型的工具，”艾伦脑科学研究所执行副总裁兼主任Hongkui Zeng博士说，“如果我们改善这些细胞的功能，我们能否延缓衰老过程？”
饮食与大脑寿命的关系
最新的研究结果也与过去关于衰老与代谢变化的研究以及间歇性禁食、均衡饮食或热量限制可以影响甚至延长寿命的研究相一致。
“这不是我们在本研究中直接测试的内容，”Jin说，“但对我来说，它指出了参与这一过程的潜在参与者，这是一个巨大的进步，因为这是一种非常特殊、罕见的神经元群体，它们表达非常特殊的基因，人们可以开发工具来靶向和进一步研究这些基因。”
未来的脑衰老研究
这项研究为旨在维持老年人大脑健康的饮食和治疗策略奠定了基础，同时还需要更多关于大脑复杂老化机制的研究。随着科学家进一步探索这些联系，研究可能会解锁更具体的饮食或药物干预措施，以对抗或减缓细胞水平上的衰老。
“我们研究的重要之处在于我们找到了关键参与者——真正的关键参与者——以及这一过程的生物基质，”Zeng说，“把拼图的各个部分放在一起，你必须找到正确的参与者。这是一个美丽的例子，说明为什么你需要在细胞类型特异性水平上研究大脑和身体。否则，如果混合不同类型的细胞，特定细胞类型中发生的变化可能会被平均掉，无法检测到。”
参考文献：“小鼠健康衰老过程中全脑细胞类型特异性转录组特征”，2025年1月1日，《自然》。
DOI: 10.1038/s41586-024-08350-8
这项研究由NIH资助，资助编号为R01AG066027和U19MH114830。内容仅由作者负责，不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。
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