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脑子真的会变“僵硬”竟然是真的?

2019-08-16 09:39:44  来源:学术经纬

随着年龄增长,很多朋友们可能都会感到脑子“不如年轻时好使”。原来要记个什么东西,一目十行都可以过目不忘;现在纯靠脑子记忆已经很费力了,最靠谱的还是依赖纸笔和各种APP。也有朋友打趣说,自己老了,脑子变僵硬了。

万万没想到,这句玩笑话居然还有科学上的依据……拟今日上线的一篇《自然》论文中,来自英国剑桥大学(University of Cambridge)的科学家们发现,衰老会让脑组织开始变硬,而这真的会影响大脑细胞的功能!

在这篇论文里,科学家们的研究对象叫做少突胶质祖细胞(oligodendrocyte progenitor cells,下称OPC细胞)。这是一种大脑祖细胞,对于维持正常大脑的功能有着重要作用。具体来看,神经周围会被一层叫做“髓鞘”的结构所保护,而OPC细胞能够协助髓鞘的再生,为神经提供持续的保护。

但在老年动物体内,这些细胞却会逐渐失去功能,神经细胞的保护层也会由此而削弱。那么,为啥这些OPC细胞会随着衰老而失去功能呢?研究人员们猜测,这也许和老化的大脑环境有关。

于是,他们设计了一个有趣的实验——将老年小鼠的OPC细胞,移植到了年轻小鼠的大脑中,给它们换个环境。有趣的是,这一效果可谓是立竿见影!老年小鼠的细胞开始“返老还童”,逐渐恢复功能。

▲把老年小鼠的OPC(aOPC)移植到新生小鼠的脑中(nCNS),细胞的增殖和分化能力恢复(图片来源:参考资料[1])

▲把老年小鼠的OPC(aOPC)移植到新生小鼠的脑中(nCNS),细胞的增殖和分化能力恢复(图片来源:参考资料[1])

这是为什么呢?研究人员们将注意力放在了大脑结构的不同上。他们指出,年轻小鼠的大脑组织像海绵一样,更为柔软。这或许是OPC细胞重返新生的关键。

为了测试这个想法,这支团队开发了一种新型的实验材料——它能根据研究人员们的需求,展现出不同的柔软度。在这些材料上,他们开始培育动物的OPC,其中一批细胞生长在模拟老年大脑的材料上(更硬),另一批细胞则生长在模拟年轻大脑的材料上(更软)。

“我们看到年轻且正常的大脑祖细胞生长在坚硬的材料上时,就会功能受损,失去再生的能力。事实上,它们看起来就像是年老的细胞一样。这些现象让我们着迷,”本研究的负责人之一Kevin Chalut教授说道:“更有趣的是,当年老的脑细胞生长在柔软的材料上时,它们会表现得和年轻细胞一样。换句话说,它们返老还童了。”

 ▲生长环境是柔软还是坚硬,影响了OPC的增殖分化能力(图片来源:参考资料[1])

▲生长环境是柔软还是坚硬,影响了OPC的增殖分化能力(图片来源:参考资料[1])

这些发现表明,大脑环境的“僵硬”程度,其实能影响到这些大脑祖细胞的功能。那么问题来了:这些细胞又是如何知道自己身处的环境是僵硬还是柔软呢?

答案在于一种叫做Piezo1的蛋白质。它位于细胞表面,给细胞提供了“触感”,能分辨周围的环境是硬还是软。

“当我们在年老大脑的OPC细胞里移除Piezo1蛋白后,就可以‘欺骗’它们,”本研究的另一位负责人Robin Franklin教授说道:“即便它们生长在更硬的材料上,它们也会感觉身处‘柔软乡’。此外,我们还敲除了年老小鼠大脑中OPC细胞里的Piezo1蛋白。它也能使得细胞重返年轻,继续行使正常的再生功能!”

▲特异性敲除OPC中的Piezo1蛋白,年老小鼠的细胞功能得到恢复(图片来源:参考资料[1])

▲特异性敲除OPC中的Piezo1蛋白,年老小鼠的细胞功能得到恢复(图片来源:参考资料[1])

研究人员们指出,这一研究不仅解释了为啥一些大脑细胞会随着衰老逐渐失去功能,还找到了潜在逆转这种变化的方法。如果这一方面能在人体中得到重现,有望让我们的脑细胞回到更年轻、更健康的状态,并带来治疗大脑疾病的方法。

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