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腦子真的會變“僵硬”竟然是真的?

2019-08-16 09:39:44  來源:學術經緯

隨著年齡增長,很多朋友們可能都會感到腦子“不如年輕時好使”。原來要記個什么東西,一目十行都可以過目不忘;現在純靠腦子記憶已經很費力了,最靠譜的還是依賴紙筆和各種APP。也有朋友打趣說,自己老了,腦子變僵硬了。

萬萬沒想到,這句玩笑話居然還有科學上的依據……擬今日上線的一篇《自然》論文中,來自英國劍橋大學(University of Cambridge)的科學家們發現,衰老會讓腦組織開始變硬,而這真的會影響大腦細胞的功能!

在這篇論文里,科學家們的研究對象叫做少突膠質祖細胞(oligodendrocyte progenitor cells,下稱OPC細胞)。這是一種大腦祖細胞,對于維持正常大腦的功能有著重要作用。具體來看,神經周圍會被一層叫做“髓鞘”的結構所保護,而OPC細胞能夠協助髓鞘的再生,為神經提供持續的保護。

但在老年動物體內,這些細胞卻會逐漸失去功能,神經細胞的保護層也會由此而削弱。那么,為啥這些OPC細胞會隨著衰老而失去功能呢?研究人員們猜測,這也許和老化的大腦環境有關。

于是,他們設計了一個有趣的實驗——將老年小鼠的OPC細胞,移植到了年輕小鼠的大腦中,給它們換個環境。有趣的是,這一效果可謂是立竿見影!老年小鼠的細胞開始“返老還童”,逐漸恢復功能。

▲把老年小鼠的OPC(aOPC)移植到新生小鼠的腦中(nCNS),細胞的增殖和分化能力恢復(圖片來源:參考資料[1])

▲把老年小鼠的OPC(aOPC)移植到新生小鼠的腦中(nCNS),細胞的增殖和分化能力恢復(圖片來源:參考資料[1])

這是為什么呢?研究人員們將注意力放在了大腦結構的不同上。他們指出,年輕小鼠的大腦組織像海綿一樣,更為柔軟。這或許是OPC細胞重返新生的關鍵。

為了測試這個想法,這支團隊開發了一種新型的實驗材料——它能根據研究人員們的需求,展現出不同的柔軟度。在這些材料上,他們開始培育動物的OPC,其中一批細胞生長在模擬老年大腦的材料上(更硬),另一批細胞則生長在模擬年輕大腦的材料上(更軟)。

“我們看到年輕且正常的大腦祖細胞生長在堅硬的材料上時,就會功能受損,失去再生的能力。事實上,它們看起來就像是年老的細胞一樣。這些現象讓我們著迷,”本研究的負責人之一Kevin Chalut教授說道:“更有趣的是,當年老的腦細胞生長在柔軟的材料上時,它們會表現得和年輕細胞一樣。換句話說,它們返老還童了。”

 ▲生長環境是柔軟還是堅硬,影響了OPC的增殖分化能力(圖片來源:參考資料[1])

▲生長環境是柔軟還是堅硬,影響了OPC的增殖分化能力(圖片來源:參考資料[1])

這些發現表明,大腦環境的“僵硬”程度,其實能影響到這些大腦祖細胞的功能。那么問題來了:這些細胞又是如何知道自己身處的環境是僵硬還是柔軟呢?

答案在于一種叫做Piezo1的蛋白質。它位于細胞表面,給細胞提供了“觸感”,能分辨周圍的環境是硬還是軟。

“當我們在年老大腦的OPC細胞里移除Piezo1蛋白后,就可以‘欺騙’它們,”本研究的另一位負責人Robin Franklin教授說道:“即便它們生長在更硬的材料上,它們也會感覺身處‘柔軟鄉’。此外,我們還敲除了年老小鼠大腦中OPC細胞里的Piezo1蛋白。它也能使得細胞重返年輕,繼續行使正常的再生功能!”

▲特異性敲除OPC中的Piezo1蛋白,年老小鼠的細胞功能得到恢復(圖片來源:參考資料[1])

▲特異性敲除OPC中的Piezo1蛋白,年老小鼠的細胞功能得到恢復(圖片來源:參考資料[1])

研究人員們指出,這一研究不僅解釋了為啥一些大腦細胞會隨著衰老逐漸失去功能,還找到了潛在逆轉這種變化的方法。如果這一方面能在人體中得到重現,有望讓我們的腦細胞回到更年輕、更健康的狀態,并帶來治療大腦疾病的方法。

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