大腦“返老還童”?科學家利用腦脊液實現老年小鼠記憶改善|鈦媒體科普

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(圖片來源:Unsplash)

一則美英科學家實現老鼠大腦“返老還童”實驗的訊息,引起了網路熱議。

鈦媒體App 5月15日訊息,頂級學術期刊英國《自然》(Nature)雜誌近日 發表 了一份新的研究成果:美國斯坦福大學神經科學院、醫學院,與英國倫敦大學等21 位科學家組成的國際科研團隊, 利用腦脊液內關鍵靶點Fgf17因子,將年輕小鼠的腦脊液(CSF)注射至老年小鼠的大腦中,能夠逆轉後者的記憶衰退,提升老年小鼠的記憶力,實現記憶改善。

該研究結果證明了年輕小鼠的腦脊液對衰老大腦具有潛在的再生效能。

美國波士頓兒童醫院的神經生物學家Maria Lehtinen等人評價稱,上述研究在大腦健康和衰老領域取得了突破性進展,通過腦脊液因子移植到老年小鼠中,實現記憶改善,有益於老年性痴呆(阿爾茨海默病)等疾病的藥物遞送方式研究。“從基礎科學的角度來看,這是令人興奮的實驗成果,但同時也期待著其應用於臨床治療當中。”

論文釋出後,鈦媒體App 向本論文通訊作者、斯坦福大學神經科學院教授Tony Wyss-Coray尋求郵件採訪,但截止發稿前,暫未得到回覆。

實驗只需三步,年輕小鼠腦脊液能讓老年小鼠記憶改善

事實上,作為存在於大腦與脊髓中的液體,腦脊液是中樞神經系統版本的“血漿”,其重要性在於緩衝大腦和脊髓,神經系統疾病的重要標誌,對正常的大腦發育至關重要。

但隨著哺乳動物的年齡逐漸增長,腦脊液的蛋白的組成發生了變化,表現為炎症蛋白的增加和腦源性神經營養因子(BDNF)等生長因子的減少,記憶功能在衰退。因此,提取年輕動物的腦脊液,通過移植手段印證是否可以“返老還童”,就成為了新的研究課題。

早在2014年,Wyss-Coray教授帶領團隊就發表了一項影響深遠的成果:同樣是在小鼠實驗中,將年輕者的血漿輸給老年個體後,老年個體的大腦變年輕了。隨後幾年,Wyss-Coray教授開啟了大腦衰老相關的研究,並不斷通過研究實驗,從進一步解釋年輕血液為什麼能逆轉大腦衰老。

在小鼠實驗中,愛運動的年輕小鼠血液裡包含了多個與大腦衰老密切相關的血漿蛋白,通過移植手段可以保護記憶不被流失,以及抑制住大腦衰老。後來,他們又進行了人體對照實驗:一家位於美國加利福尼亞州的Alkahest公司,與Wyss-Coray教授合作,展開了18人蔘與的臨床實驗。結果表明,Alkahest的血漿衍生產品對小鼠和痴呆症患者有一些認知益處。

5年前,本論文共同作者Tal Iram博士,開始在Wyss-Coray教授實驗室擔任博士後時,她再次提出了這個大膽的想法:從年輕小鼠的腦室中提取“腦脊液體”,研究能否通過腦脊液的轉移恢復老年大腦的活力。隨後團隊進行了相關小鼠研究實驗,印證這個推論。

本論文的兩位通訊作者Tal Iram博士(左)和Tony Wyss-Coray教授(右)(圖片來源:斯坦福大學個人主頁)

本次實驗,Tal Iram博士通過以下三步實驗去印證了上述這個推斷是正確的:

  • 第一步, Iram博士和她的同事對20個月大的老鼠們的腳進行了三次小電擊,並在閃光燈和聲音中反覆讓老鼠大腦記住這種恐懼狀態。然後他們將出生10周小鼠的年輕腦脊液,注入上述電擊過的8只老鼠的大腦,而對照組的10只被電擊過的小鼠,則給予健康人類的人工腦脊液。最終在三週後重建此類情景時,接受年輕腦脊液組中有40%的小鼠會記得之前恐懼場面並僵住;而在人工腦脊液組中,只有18%的小鼠會記得。從而表明,年輕的腦脊液可以恢復一些衰老的大腦能力。
  • 第二步, 為了明確上述現象背後的機制,以及控制大腦記憶中心的海馬體結構,Iram博士團隊從年輕的腦脊液混合物中分離出一種蛋白因子,即名為SRF的轉錄因子,它能介導年輕小鼠腦脊液對少突膠質前體細胞的影響,而且該轉錄因子在老年小鼠海馬體中的表達會下降。此外,成纖維細胞生長因子17 (Fgf17)是誘導SRF訊號轉導的候選分子,可以利用Fgf17,在給老年小鼠注射腦脊液能重現年輕小鼠回憶效應,包括誘導少突膠質前體細胞增殖和改善記憶功能。
  • 最後一步, Iram博士團隊花了一年多的時間,完善收集每隻小鼠10微升腦脊液,並移植灌注到老年小鼠、記憶任務、RNA測序和組織學,通過顯微鏡研究細胞實驗資料,來印證上述推斷是否存在偶發性。不過由於收集和注射小鼠大腦的技術限制,通過體內進行腦脊液轉移實驗一直很困難。因此,他們通過技術手段精準在小鼠腦室處緩慢輸液,從而完成了研究實驗。

最終,Tal Iram博士和Wyss-Coray教授表示,這些實驗發現表明,年輕的腦脊液具有“返老還童”的能力,並確定Fgf17是在恢復衰老大腦中少突膠質細胞功能的關鍵靶點。而且研究人員認為,Fgf17和腦脊液似乎有望成為大腦健康的靈丹妙藥,這對於提高我們對大腦衰老的理解、預防/挽救與衰老和相關神經退行性疾病非常重要。

小鼠研究實驗過程(來源:論文)

根據《自然》雜誌顯示,目前Wyss-Coray教授和Iram博士已就他們圍繞Fgf17的發現申請了相關專利。

“返老還童”存在風險,仍需更多研究資料來印證

不過需要注意的是,這份研究成果依然有兩個重大風險:

一是論文第9頁提到,在移植腦脊液後觀察實驗過程中,至少有兩名小鼠不幸死亡,這意味著實驗可能會導致體內排異衰竭;

二是論文裡面沒有提及人體臨床試驗,而小鼠實驗結論並不能替代人體情況,腦脊液不一定能讓人類“返老還童”,還需更多實驗資料進行作證。

當這篇論文於5月11日成功發表在英國《自然》雜誌時,同行科學家們對此研究結果有著很多不同的觀點。

紐約西奈山醫學中心生物化學家傑弗裡·海恩斯(Jeffery Haines)表示,這項研究確定了腦脊液中的某些成分如何促進記憶。他表示,公眾對抗衰老藥物的需求超過了科學。

不過也有科學家們警告說,這些研究中的結論,不會很快實現於治療當中。其中的困難在於,我們並不瞭解腦脊液中的抗衰老因子,是否還涉及到其他蛋白質,或者需要人們完全弄懂利用該技術的直接影響。

但是Wyss-Coray教授依然認為,這項研究填補了人們對大腦衰老理解的一個關鍵技術空白。

“越來越多的研究表明,隨著我們對衰老過程本身瞭解的越來越多,也許我們可以在某些方面實現延緩衰老,保持(基因)組織的完整性,甚至使(基因)組織年輕化。”Wyss-Coray教授表示。

(本文首發鈦媒體App,作者|林志佳)