近期,“让大脑变年轻”的创新研究在《ScienceTranslational Medicine》发表,并以封面故事的形式作介绍,揭示了衰老影响认知能力的一个关键角色:血脑屏障。
这项研究是美国加州大学伯克利分校和以色列本·古里安大学的科学家合作完成,得到了国家卫生研究院(R01NS066005,R56NS066005)、欧洲联盟第七个框架方案、以色列科学基金会和美国-以色列两国科学基金会的支持。
来源: GUNILLAELAM/SCIENCE SOURCE
血脑屏障(blood-brain barrier,Bbb)
Bbb是内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞紧密结合的边界,将大脑与全身循环分离开来,起过滤作用。血脑屏障完整性一旦丧失,则 会导致神经系统疾病,如阿尔茨海默病(AD)、癫痫以及衰老过程中的认知障碍。
Alon Friedman教授等人发明了一种创新的磁共振成像(MRI)技术——动态对比增强(dynamic contrast-enhanced,DCE)成像来检测Bbb。结果发现70岁以上的人群中,近60%的人这套“大脑过滤系统”有漏洞,其中,有严重认知功能障碍的人,例如阿尔茨海默病患者,其血脑屏障渗漏更严重。
DOI: 10.1126/scitranslmed.aaw8954
一旦大脑的过滤系统出现渗漏,血液中可能导致炎症和细胞死亡的化学物质就会进入脑组织。Daniela Kaufer教授等人通过分析人脑组织样本,发现衰老在脑中引起的变化与外伤有相同之处。如白蛋白(albumin),它通常溶解在血清中且被血脑屏障阻拦,趁血脑屏障有疏漏时渗入,在衰老的脑组织中累积并诱发一系列炎症,从而造成神经回路的异常兴奋。
Kaufer教授猜测,血脑屏障渗漏引起的“炎性雾霾”可能是影响衰老大脑功能的重要原因。为此,他们在小鼠上模拟血脑屏障渗漏,把白蛋白注入年轻小鼠脑中。短短一周时间,年轻的大脑“变老”了。
研究者从基因表达、炎症反应、对诱发性癫痫的恢复能力、癫痫后的死亡率、在迷宫中的表现等展开实验,发现这些被注入白蛋白的年轻小鼠鼠像老的小鼠一样,从而再现了大脑的衰老过程。
动态增强MRI(DCE-MRI)扫描显示,人和小鼠的血脑屏障随着衰老而渗漏
来源:Images by Alon Friedman and Daniela Kaufer
与此同时,Senatorov等人在分子水平上扩展了这项研究,进一步验证了该结果。