科学家发现大脑在50岁左右悄悄发生转变

美国国立卫生研究院（NIH）下属美国衰老研究所（NIA）主任、医学博士理查德·霍德斯（Richard Hodes）说：“衰老是痴呆症的最大单一风险因素，但我们对它如何推动疾病进展的理解仍不完整。这项此前隐藏的小胶质细胞转变，如今借助技术和思维方式的创新被发现，可能成为帮助我们补上这一拼图的重要线索。”

【大脑免疫细胞从中年开始发生变化】
来自加州大学圣地亚哥分校、纽约基因组中心和加州大学欧文分校的研究人员，使用先进的单细胞技术，研究了40位20至95岁、神经系统健康成年人的死后海马组织（与记忆和学习密切相关）。
他们的分析发现，小胶质细胞——大脑中的主要免疫细胞——大约从50岁到75岁逐渐减少。与此同时，它们似乎被具有更强炎症信号、并具有类似外周血来源免疫细胞特征的细胞取代。
这一发现挑战了关于小胶质细胞长期存在的假设。这些细胞最早在胚胎发育期间形成，科学家过去通常认为它们会留在大脑中，并在一生中不断自我更新。

【先进工具揭示细胞来源】
为了以极高精度观察衰老对人脑的影响，团队将常规的基因活性测量方法，与能够绘制基因组三维结构及其化学修饰（称为表观基因组）的新方法结合起来。
论文第一作者、加州大学圣地亚哥分校表观基因组学中心单细胞基因组学主任、哲学博士内森·泽姆克（Nathan Zemke）说：“基因表达告诉我们一个细胞今天正在做什么，但表观遗传特征会保留细胞来自哪里、属于哪一支的信息。通过把这些方法结合起来，我们发现了衰老人脑免疫细胞的‘身份’和来源谱系发生了重大转变，而这些仅凭基因表达数据无法显现。”
这些组合方法使研究人员能够识别出免疫细胞身份和来源的变化；如果只观察基因活性，这些变化仍会保持隐藏。

【衰老也会影响血脑屏障】
研究还发现，帮助维持血脑屏障的细胞出现与衰老相关的衰退迹象。血脑屏障是一种保护性边界，控制血液中哪些物质可以进入大脑。
在多种脑细胞中，衰老还与基因组物理组织的广泛、协调变化有关。
论文通讯作者之一、纽约基因组中心科学总监兼首席执行官、哥伦比亚大学遗传学和发育生物学教授、哲学博士任冰（Bing Ren）说：“这些逐步发生的结构破坏与基因调控和细胞身份的变化密切相关，可能揭示了人脑衰老的一个根本特征。”

【可能与阿尔茨海默病有关】
未来研究将进一步探究为何大脑中的常驻小胶质细胞会随年龄增长而减少，以及新发现的免疫细胞转变是否直接促成阿尔茨海默病及其他与衰老相关的神经系统疾病。
加州大学欧文分校神经环路映射中心主任、教授、论文通讯作者、哲学博士Xiangmin Xu说：“理解这些细胞转变，可能为开发保护脑功能、降低神经退行性疾病易感性的干预措施提供新机会。”

美国国立卫生研究院（NIH）通过美国衰老研究所（NIA）资助项目编号R01AG067153和R01AG082127，以及NIH Common Fund四维细胞核（4DN）项目资助1U01DA052769支持这项研究。该工作是4DN支持、发表于《科学》（Science）和《科学进展》（Science Advances）的一系列研究之一。这些论文共同提供了新的视角，帮助理解基因组三维结构如何影响人类发育、衰老以及许多疾病。