腦衰老及其干預新策略

黎健

北京醫院 國家老年醫學中心 國家衛生健康委員會北京老年醫學研究所,北京100730

人的認知能力包括執行能力、工作記憶和情景記憶,其會隨著年齡的增長有所下降。因為隨著年齡的增長,腦器官逐漸發生衰老,導致腦功能的下降,表現為學習能力、記憶能力、注意力、決策速度、感官知覺(視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺)以及運動協調性的衰退。腦衰老可提高神經退行性疾病發生的易感性,與年齡相關的腦功能下降在50歲之后顯著加快,當步入60、70和80歲后,患神經退行性疾病的風險會越來越高,其中阿爾茨海默病(AD)和帕金森病(PD)最為常見。深入了解和探究腦衰老與神經退行性疾病的奧秘如腦衰老有何特征?衰老如何誘發神經退行性疾病?腦衰老能否延緩?將對AD和PD等神經退行性疾病的預防、早期診斷和治療具有重要意義。

1 腦衰老的特征

在正常衰老過程中,腦會逐漸萎縮,灰質和白質減少,腦室增大。磁共振成像顯示,與增齡相關的灰質減少在顳葉和額葉最為顯著。衰老過程中腦萎縮的比率可以預測是否會發展成認知障礙和癡呆。在細胞和分子水平上腦衰老具有10個特征[1]。

1.1 線粒體功能障礙 線粒體分布在神經元的樹突和軸突,在神經細胞能量代謝和鈣穩態中發揮關鍵作用。腦衰老過程中線粒體增大或破裂,線粒體DNA氧化損傷增加,電子傳遞鏈(ETC)功能受損,膜去極化線粒體數量增加,Ca2+處理能力受損,以及觸發線粒體通透性轉換孔(mPTP)形成的閾值降低。線粒體功能的下降涉及氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)水平和NAD/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)比率的下降。在衰老過程中腦中的大多數細胞類型可能都會發生功能障礙的線粒體積累。

1.2 氧化損傷的蛋白質和脂質在細胞內積累 在衰老過程中,由于氧化失衡——活性氧(ROS)產生增加和/或抗氧化防御能力降低,神經元往往會積累功能障礙的聚集性蛋白質和脂質過氧化產物。神經元產生的活性氧主要來源于線粒體呼吸和各種氧化酶產生的超氧陰離子自由基、過氧化氫與Fe2+或Cu+反應產生的羥基自由基,以及由于相應細胞內Ca2+水平升高而產生一氧化氮(NO)。抗氧化防御能力減弱和移除氧化損傷分子的能力受損將加速衰老。

1.3 能量代謝失調 隨著衰老,腦組織細胞中的葡萄糖代謝發生紊亂。由于衰老細胞響應胰島素信號、轉運葡萄糖的能力受損,血液循環中葡萄糖濃度會增加。神經元在衰老過程中也會發生胰島素抵抗和葡萄糖轉運障礙,表現為放射性標記的葡萄糖攝取正電子發射型計算機斷層顯像(PET)成像顯示葡萄糖利用率逐漸降低,并且這種葡萄糖代謝異常在顳葉、頂葉、額葉以及運動皮層區域尤為突出。在腦衰老過程中,多種脂質代謝發生改變,表現為長鏈神經酰胺和富含脂質的細胞積累,以及腦組織中omega-3脂肪酸水平下降。

1.4 細胞“廢物處理”機制受損(溶酶體和蛋白酶體功能障礙) 清除受損和功能障礙的分子和細胞器對神經元十分重要。受損的細胞成分被分子受體識別,并將它們轉移到溶酶體或蛋白酶體,從而被降解。在自噬過程中,受損成分被包裹在膜狀吞噬泡中,吞噬泡隨后與溶酶體融合,并將內容物釋放到酸性溶酶體腔中,在水解酶作用下被降解。如果細胞中包含的未降解物、功能失調的線粒體和多泛素化蛋白的自噬小泡呈增齡性累積,表明神經元衰老過程中發生蛋白酶體降解和自噬功能受損。

1.5 適應性應激反應信號通路受損 神經元不斷受到代謝、離子和氧化應激的影響,這些應激來自神經元內部正常的電化學活動,以及外部的系統性生物能量挑戰和生理、心理應激。三磷酸腺苷消耗、Ca2+和ROS是細胞做出適應性應激反應的3個主要啟動因子。適應性應激反應信號通路可能在衰老過程中受損,從而使神經元易受損傷。例如,胰島素樣生長因子1(IGF-1)、腦源性神經營養因子(BDNF)、神經生長因子(NGF)信號在腦衰老過程中由于神經營養因子表達減少和受體表達或下游信號的改變而受損。神經營養因子缺陷可能導致衰老過程中神經元線粒體功能、Ca2+處理和抗氧化防御功能受損。

1.6 DNA修復功能受損 在衰老過程中,線粒體和細胞核中的DNA經常受到ROS的破壞,而細胞對這些損傷DNA的修復功能受損,如一些DNA修復蛋白的表達和(或)酶活性降低,就會導致受損的核DNA和線粒體DNA數量增加,尤其在核DNA的某些區域特別是涉及突觸可塑性和線粒體功能的基因啟動子區域容易發生氧化損傷的累積,從而加速神經元衰老。

1.7 神經網絡活動異常 整個腦神經回路以興奮性谷氨酸能神經元為基礎,它們具有復雜的樹突,并通過長軸突與其他谷氨酸能神經元和抑制性γ-氨基丁酸能中間神經元形成突觸。不同神經遞質系統的結構完整性和突觸活動的適當整合是正常腦功能所必需的。在腦衰老過程中,腦區域內和腦區域之間的神經元網絡活動發生異常,使神經回路容易受到過度興奮性和興奮毒性損傷。例如,膽堿能神經元的神經遞質系統在學習和記憶、決策和情緒調節中起關鍵作用,他們的失調會導致老年人的認知障礙和抑郁。

1.8 神經元鈣離子(Ca2+)調節能力失調 Ca2+可以調節神經元功能和神經網絡的結構適應性,涉及記憶的形成和維持。在正常生理情況下,神經元能將Ca2+動態控制在生理范圍內,而在衰老過程中,神經元Ca2+調節能力失調,衰老損傷了Ca2+誘導的后超極化,從而增加了Ca2+內流和從內質網釋放的Ca2+,引起胞質Ca2+水平異常升高,從而導致蛋白質磷酸化、細胞骨架動力學和基因表達的失調。恢復神經元Ca2+穩態可改善衰老引起的認知障礙。

1.9 干細胞耗竭[2]成年哺乳動物的大腦含有2 個神經干細胞(NSC)儲存庫:側腦室下區(SVZ)和海馬齒狀回(DG)。這些神經微環境含有可以被激活以產生活躍增殖神經干細胞(aNSCs)的靜息態神經干細胞(qNSCs)。aNSCs具有分化為神經元、少突膠質細胞或星形膠質細胞的潛能。NSC增殖和產生新神經元的能力在發育后急劇降低,并在衰老過程中持續下降,這與年齡有關的神經退行性疾病發生率增加相關。在衰老過程中,NSC微環境中炎癥細胞因子增加,小膠質細胞活化和T細胞浸潤,導致NSC的數量和功能下降。

1.10 炎癥反應增加 局部炎癥是腦衰老的一個常見特征。膠質細胞,特別是小膠質細胞,通常在衰老的腦中表現出一種激活狀態,產生促炎癥細胞因子,包括白細胞介素(IL)-1β、IL-6和腫瘤壞死因子α (TNF-α)。補體級聯是一種“攻擊”和破壞細胞膜的蛋白-蛋白相互作用的連續反應,它也可能在衰老的腦中被激活,并與AD的發病機制有關。補體級聯的遺傳或藥理學抑制作用可改善正常衰老期間以及AD發生過程的突觸丟失和神經元死亡。另外,活化的小膠質細胞表達一種誘導型NO合酶,并產生大量NO,可引起神經元氧化損傷。

2 衰老如何誘發神經退行性疾病

PET研究發現,腦的葡萄糖代謝能力受損發生在AD發病的極早期,甚至在明顯的臨床癥狀出現之前。尸檢表明,AD患者的易受損腦區內葡萄糖轉運體水平、ETC復合物活性以及糖酵解通量發生降低。PD患者的控制運動腦區內葡萄糖利用率降低,受PD影響的神經元表現出線粒體呼吸鏈功能減退。

大量證據表明,腦衰老標志作用于Aβ斑塊和pTau神經纖維纏結的上游。腦衰老產生線粒體功能障礙、氧化損傷的蛋白質積累、鈣離子調節能力失調和溶酶體功能受損,促進Aβ清除下降和前體APP裂解增強,導致Aβ斑塊聚積和pTau神經纖維纏結的形成。而Aβ與pTau的沉積加劇氧化損傷的蛋白質積累、鈣穩態失調和線粒體功能障礙,引起突觸衰退,導致神經元死亡,神經元大量喪失[1]。

在PD發生過程中,腦衰老產生線粒體功能障礙、氧化損傷的蛋白質積累、鈣離子調節能力失調和溶酶體和蛋白酶體功能受損,促進神經毒性形式的α-突觸核蛋白在細胞質中累積,類似于AD患者神經元中異常的pTau神經纖維纏結。反過來,α-突觸核蛋白的累積與線粒體功能障礙都會加劇氧化應激與DNA損傷,破壞神經元Ca2+穩態,促進神經炎癥的發生,導致突觸衰退和神經元死亡[1]。

分析腦衰老向神經退變和AD演變的過程發現,腦衰老時有Aβ表達增高,但無老年斑沉積;發展到神經退變時有老年斑形成,但無代表病理性損傷的神經纖維纏結存在;演變到AD時除大量老年斑出現外,還有神經纖維纏結形成。研究表明,從腦組織出現老年斑到臨床AD發病間隔約15年。因此,延緩腦衰老是防治神經退行性疾病的關鍵。

3 延緩腦衰老的新策略

3.1 改善生活方式

3.1.1 間歇性能量限制 從進化的角度來看,在食物匱乏的時候,成功爭奪有限的食物來源使得腦和身體功能良好的個體得以被自然選擇保留下來。而在現代社會中,人們普遍的飲食模式是每日進食三餐加零食。為了延緩腦衰老,人們試驗了許多飲食干預措施,其中最受歡迎的當屬間歇性禁食。所謂間歇性禁食,即交替進行禁食和攝食,通常分為3種形式:一種是隔日禁食:以2 d為1個周期,36 h 無卡路里攝入,隨后的12 h隨意飲食。就是每2天的周期里,只有半天可以隨意吃,其余時間只喝水。另一種是5∶2飲食:隔日禁食的改良版本,以1周7 d為1個周期,每周7 d中有2 d限制只吃1頓中等份量的食物。再有一種就是限時進食:以1 d為1個周期,每天在特定的時間段內進食,通常為4～10 h,以8 h最為常用。進食期間沒有卡路里限制,其余時間不進食[3]。間歇性能量限制能改善認知和運動能力,并保護神經元免受癲癇、腦卒中、PD和AD導致的功能障礙和退化。其機制可能涉及這種禁食與進食之間的交替觸發了一種代謝轉換,即一種本能的應對食物短缺的適應模式。一旦細胞能量耗盡,即快速獲取基于糖的儲備能量,并開始以較慢的代謝模式將脂肪轉化為能量時,就會啟動這種轉換。肝臟將脂肪酸轉化為酮體用于供能,血液中酮體水平就會提升,而酮體能夠調節機體健康和衰老的多種蛋白和分子的活性及表達[4]。實際上,間歇性禁食并沒有對新陳代謝產生負面影響,也不會導致飲食紊亂。一些人擔心禁食會導致昏昏欲睡、無法集中精神,但很多人在禁食日感覺仍然精力充沛,不但不會感覺糟糕,甚至感覺更好。目前,間歇性禁食已納入一些醫院的醫療實踐中,對想要嘗試間歇性禁食的人給出了建議:(1)調整期:剛開始禁食的人可能會出現頭痛、頭暈和便秘等不良作用,這在禁食1～2周后會消退。可以通過增加飲水量來緩解這段時間因脫水引起的不良作用。(2)運動:可以在禁食期間進行中等強度的耐力或阻力訓練,但在運動后要吃禁食日餐。(3)禁食期間的飲食:間歇性禁食期間吃水果、蔬菜和全谷物有助于增加纖維攝入量,并有助于緩解禁食時伴隨的便秘。(4)酒精和咖啡因:對于那些隔日禁食或5∶2飲食的人,不建議在禁食日飲酒和咖啡,因為有限的卡路里攝入量應該留給提供營養的健康食品[4]。

3.1.2 適度運動 美國的研究人員對4 840名40歲以上的成年人進行了長達10年的追蹤。研究結果表明,有氧運動可減緩大腦萎縮,降低患AD的風險。40歲后,每天堅持健走30～45 min,每周步行距離不低于10 km,將有助于預防大腦萎縮,使大腦保持年輕狀態,預防AD的早期發作[5]。

Villeda團隊在《科學》上報告,運動的老鼠在海馬體中生長了大約2倍數量的新神經元,海馬體是大腦中負責學習和記憶的區域。然后,他們在小鼠血液中尋找含量上升的發揮作用的蛋白質,發現這些在小鼠的肝臟中產生的一種叫作糖基化磷脂酰肌醇特異性磷脂酶D1(Gpld1)的蛋白質。Villeda團隊還發現,有規律鍛煉的老年人血液中的Gpld1水平明顯高于那些沒有鍛煉的老年人,表明老鼠的實驗結果可能也適用于人類[6]。

Chekroud團隊用100多萬美國人的大數據分析了不同種類運動和全因病死率的關系,結果表明,揮拍運動、有氧運動可分別降低全因病死率47%、27%。常用的有氧運動方式有行走、慢跑、騎自行車、游泳、健身操等。進一步的分析顯示,每次鍛煉的最佳時長應該在45～60 min之間,而從頻次來說,1周3～5 d,每天1次獲益最高[7]。

適度運動導致肝糖原儲存的間歇性消耗和脂肪酸生酮的動員,并增加腦的神經網絡活動。在腦細胞中一些信號通路被激活,包括營養因子表達上調,轉錄因子激活,編碼蛋白質的基因表達增加,神經可塑性和彈性增強。這些調節間歇性代謝挑戰的生物學過程包括線粒體生物發生和抗應激、神經遞質信號通路的適應性修飾、自噬增強、抗氧化防御和DNA修復、刺激神經發生并抑制炎癥。間歇性代謝挑戰減緩了與年齡相關的神經功能衰退,降低患AD和PD的風險[1]。

3.2 老藥新用和潛在藥物

3.2.1 雷帕霉素 雷帕霉素是一種大環內酯類化合物,首次發現于1960年,并作為抗真菌藥物從一種生存在拉帕努伊島上的細菌中分離出來。隨后,人們用雷帕霉素處理哺乳動物細胞后發現,其具有免疫抑制與抗細胞增殖的作用,因此常用作免疫調節劑來預防器官移植排斥反應與心臟手術后再狹窄,并輔助癌癥化療。近年來,雷帕霉素在幾乎所有的動物模型中都展現出延緩衰老,延長壽命的功效。雷帕霉素是通過抑制mTOR通路而延緩腦衰老,延長壽命。mTOR是調節細胞和生物生理學的中心調節因子,可整合生長因子、營養和其他因素,對多種靶點進行磷酸化,并調整細胞生長、自噬作用、蛋白合成和降解等生理過程。研究表明,雷帕霉素能夠改善衰老相關的學習、記憶能力和探索能力的衰退。研究結果顯示,雷帕霉素可促進PD小鼠模型神經元的再生,改善PD的發展。然而,雷帕霉素的臨床應用卻受到其不良反應的限制,包括可能導致高血糖、高血脂、腎臟毒性和免疫抑制等。未來,需要改進目前雷帕霉素的給藥方案,如降低雷帕霉素的用藥劑量,可能在減少不良反應的同時,維持一定的抗衰老作用,另外還需進行更多人體試驗,獲得更多的臨床前和臨床證據,證明其在延緩衰老方面的作用[8]。

3.2.2 二甲雙胍 二甲雙胍是一種廣泛用于治療2型糖尿病的雙胍類藥物，是2型糖尿病防治指南中推薦的一線用藥。流行病學調查發現,服用二甲雙胍可以降低心血管疾病發生率、病死率、患癌率、總體病死率、抑郁癥和衰弱相關疾病的發病率。系列研究均表明二甲雙胍可以預防癌癥、心血管疾病、慢性腎臟、肝臟疾病和神經退行性疾病。臨床前研究表明二甲雙胍具有延緩衰老的作用,二甲雙胍可以將秀麗隱桿線蟲壽命增加36%,這一作用可歸因于AMPK活化、適應性應答反應、溶酶體途徑和微生物組的代謝變化。此外,研究人員還對健康受試者進行了一項小規模的短期干預,發現二甲雙胍可以觸發非糖尿病受試者(平均年齡為70歲) 衰老相關代謝與非代謝途徑。2015年,經美國FDA 批準的一項名為“使用二甲雙胍靶向衰老”(TAME) 的研究計劃旨在探究二甲雙胍對美國多個區域的3 000名65～79歲非糖尿病患者的影響。在藥物延長健康壽命并預防多種衰老相關疾病的前提下,可以通過檢測衰老相關的多種指標,包括心血管疾病、癌癥、癡呆和病死率來評估二甲雙胍的影響。二甲雙胍具有良好的安全性,于是TAME計劃可以作為二甲雙胍(以及其他可能的延緩衰老藥物)臨床干預衰老的基準[8]。這一研究將為二甲雙胍在抗衰老方面的開發提供寶貴的信息。遺憾的是,由于新型冠狀病毒肺炎疫情在美國的大爆發,影響了該計劃的順利開展,看來短時間內難以得出研究結論。

3.2.3 NAD+補充劑 NAD+是一種催化細胞代謝功能的輔酶,是能量代謝的中心分子,參與氧化還原反應并轉化為NADH。涉及NAD+氧化還原反應的細胞代謝過程包括糖酵解、三羧酸循環以及β-脂肪酸氧化等。NAD+可以直接或間接影響許多關鍵的細胞功能,包括代謝途徑、DNA修復、染色質重塑、細胞衰老和免疫細胞功能。這些細胞過程及其發揮的功能對于維持組織和代謝穩態以及健康衰老至關重要。在哺乳動物中,體內NAD+的水平隨著年齡的增長而降低,NAD+水平的下降與許多衰老相關疾病存在因果關系。衰老與大多數神經退行性疾病密切相關,并伴隨著哺乳動物大腦中細胞NAD+水平的降低。在加速衰老的幾種模型中都報告了NAD+消耗的現象,這些模型表現出神經退行性變以及神經退行性疾病,包括AD和PD。在與年齡有關的神經退行性疾病期間,大腦中NAD+損失的根本原因和機制仍然未知。但是,有許多證據支持NAD+具有神經保護作用,許多與衰老相關的疾病可通過恢復NAD+水平來減緩甚至逆轉。NAD+不會被細胞吸收,因此無法直接補充。利用NAD+的合成通路,可以通過補充NAD+的前體來提高它的水平。最常用的兩種前體為煙酰胺核糖(NR)和煙酰胺單核苷酸(NMN)。研究表明,NAD+前體NR和NMN改善了AD大鼠和小鼠模型中的神經元細胞記憶和認知功能,并在PD的模型顯示出神經保護特性。重要的是,目前幾項使用NAD+前體(尤其是NR)的臨床試驗正在進行中,以期用于治療神經系統疾病和延緩衰老,這些試驗拓展了人們對人類神經退行性過程中NAD+代謝的了解。目前的臨床結果顯示NR能夠被身體吸收,可提高NAD+水平,也具有良好的安全性。但是它們在動物模型中提供的益處能否在人體中重復仍然需要進一步確認。NAD+如何影響人類健康和衰老尚需更多研究,包括更加深入地探究調節NAD+水平的分子機制,探究在衰老過程中有效恢復NAD+水平的方法及安全性,補充NAD+前體對衰老人群的有益影響等[9]。

3.3 高新技術的應用

3.3.1 交換年輕血液 2014年,Wyss-Coray團隊采用一種叫作“異種共生”的實驗方法,通過外科手術,把不同年齡的小鼠縫合在一起,共享血液和血液流經的器官,然后觀察對衰老的影響。將年輕小鼠的血漿輸給老年小鼠后,老年小鼠的大腦變年輕了,海馬成熟神經元的樹突棘密度增加,突觸可塑性提高。與年齡相關的認知障礙,包括情境恐懼條件反射和空間學習和記憶得到改善。表明老年小鼠在生命后期接觸年輕血液能夠恢復突觸可塑性并改善認知功能[10]。此后,他們發現人臍帶血漿治療可改善老年小鼠的認知功能,并找到了與大腦衰老密切相關的血漿蛋白:金屬蛋白酶組織抑制劑2(TIMP2)。TIMP2是一種富含于人臍帶血漿、幼鼠血漿和幼鼠海馬的血源性因子,在全身給藥后出現在大腦中,并增加老年小鼠的突觸可塑性和海馬依賴性認知。研究結果表明,人臍帶血漿含有可塑性增強蛋白,具有高轉化價值,可用于靶向延緩衰老或改善疾病相關的海馬功能障礙[11]。

用從年輕小鼠身上獲得的蛋白質來治療老年小鼠,似乎可以減緩健康狀況的下降,并延長老年小鼠的壽命。美國Imai團隊研究發現,年輕小鼠血液中的細胞外煙酰胺磷酸核糖轉移酶(eNAMPT)含量高,而老年小鼠血液中的eNAMPT含量低。血液中的eNAMPT含量與小鼠的壽命高度相關,eNAMPT 越多,壽命越長,eNAMPT越少,壽命越短。eNAMPT 在NAD+代謝中起關鍵調控作用,下丘腦利用eNAMPT可產生NAD+。NAD+會隨著年齡的增長而不可避免地下降,隨著血液中eNAMPT水平的下降,下丘腦失去了正常運作的能力,壽命縮短。給老年小鼠補充eNAMPT,似乎是提高NAD+燃料產量、防止衰老的一種途徑。從年輕小鼠血液中提取eNAMPT,并把它輸給老年小鼠,發現老年小鼠在健康方面有顯著的改善,對記憶和認知功能性能測試表現更好,運動更活躍。當接受eNAMPT治療時,老年小鼠的跑輪行為、睡眠模式與年輕小鼠相似。還發現,eNAMPT也存在于人類細胞外囊泡中。因此,未來應該研究eNAMPT水平低是否與老年人的疾病有關,以及在細胞外囊泡中補充eNAMPT是否可以作為老年人的抗衰老干預措施[12]。

一項隨機臨床試驗探討用年輕人血漿治療AD的安全性、耐受性和可行性，結果表明,年輕人新鮮冷凍血漿輸注治療是安全的、耐受性良好且可行的。該研究的局限性在于樣本量小、持續時間短和研究設計的變化。這些結果值得在更大的雙盲安慰劑對照臨床試驗中進一步探索[13]。

3.3.2 注入年輕腦脊液 腦脊液是一種存在于大腦與脊髓中的液體,可以說是中樞神經系統中的“血漿”,對正常的大腦發育至關重要,但隨著年齡增長,腦脊液的功能也在衰退。美國Wyss-Coray團隊從年輕小鼠的腦室中提取液體,研究能否通過腦脊液的輸注恢復老年大腦的活力；結果表明,年輕小鼠的腦脊液提升了老年小鼠的記憶力,并促進了少突膠質前體細胞的增殖與分化。進一步借助單細胞RNA測序技術,揭示了記憶中心海馬體中的變化。少突膠質細胞在神經元末端生產一種名為髓磷脂的神經元外側脂質。如果將神經元連接看作電線,那么覆蓋在神經元周圍的髓磷脂就相當于電線的絕緣層,它們保護神經元,并且促進神經元的高效交流。但隨著年齡增長,新生的少突膠質細胞減少,髓磷脂產量也相應地下降,失去絕緣層保護的神經元的交流也受到阻礙。而在植入年輕腦脊液之后,這個過程得到了加強。那么,年輕腦脊液究竟是通過哪些信號分子提升了老年小鼠的記憶力?他們發現,一種成纖維細胞生長因子Fgf17可能是其中的關鍵。當他們將這種蛋白注入老年小鼠的腦脊液中,即使沒有年輕的腦脊液,這些小鼠的記憶力也得到了改善。相反,給年輕小鼠注射Fgf17抗體后,這些年輕小鼠的記憶力也下降[14]。

當然,要想利用這項研究的發現開發出真正有效的療法,還有很長的路要走。畢竟,在人體中提取、植入腦脊液,無論是技術還是倫理上,都面臨著巨大挑戰。相比之下,更可能實現的轉化方式是利用小分子藥物來模擬Fgf17蛋白的作用,這也需要大量的后續研究。此外,除Fgf17外,是否還有其他蛋白質會影響記憶,也需要更多研究來確認。期待這項研究將成為一個起點,為基于這類蛋白質的潛在療法打開全新的大門。從血液到腦脊液,這些不斷涌現的新發現或許最終能逆轉大腦衰老。

3.3.3 腸道菌群移植 人體內和體表生活的微生物對健康產生影響并隨年齡變化。那些導致慢性炎癥、代謝功能紊亂和衰老相關疾病的微生物,可能會逐漸取代“友好”微生物——對新陳代謝和免疫系統產生有益影響的那些微生物。腸道微生物塑造局部免疫,也可能影響大腦的衰老,增加神經退行性疾病風險。愛爾蘭Cork大學的研究團隊發現,移植年輕小鼠的腸道菌群給老年小鼠,能抵消小鼠大腦中與衰老相關的特定改變。研究人員將年輕小鼠(3～4月齡)或老年小鼠(19～20月齡)的糞菌移植給老年小鼠(19～20月齡),觀察腸道菌群的變化對免疫及腦功能的影響。有研究報道腸道菌群是宿主免疫的重要一環,而免疫系統對與海馬體相關的認知行為有著重要影響,因此免疫系統很可能是衰老進程中腸道菌群與大腦功能改變的關鍵交叉點。經觀察發現,老年小鼠身上與衰老相關的免疫系統改變,在移植年輕小鼠菌群之后發生了逆轉,獲得年輕小鼠糞菌移植的老年小鼠大腦也恢復了活力,并含有與年輕小鼠大腦相似的代謝物和基因調控模式。此外,在一些關于學習、記憶和焦慮的認知測試中,年輕小鼠的糞菌移植也改善了老年小鼠的行為[15]。西班牙奧維耶多大學CarlosLópez-Otín團隊研究發現,兩種不同的早衰小鼠模型都有腸道生態失調的特征,它們腸道菌群中的Proteobacteria菌和Cyanobacteria菌增多,而Verrucomicrobia菌減少。這一結果與人類早衰癥患者腸道菌群生態失調結果類似,此外,他們還研究了百歲老人的腸道菌群,發現Proteobacteria菌減少和Verrucomicrobia菌增多。研究人員移植了健康小鼠的腸道菌群給早衰癥小鼠,改善了早衰癥小鼠的健康狀況和壽命,并且單獨移植Verrucomicrobia菌也可以延長早衰癥小鼠壽命。表明衰老與腸道微生物群之間存在聯系,糾正與老化相關腸道菌群生態失調是有益的,這為基于腸道菌群干預與衰老相關疾病提供了理論基礎[16]。這表明,為促進健康老齡化,腸道菌群有作為治療靶標的潛力。

3.3.4 清除衰老細胞 細胞衰老代表了一種細胞命運,其表現為穩定的增殖阻滯,并常伴隨產生一種被稱為“衰老相關分泌表型”(SASP)的分泌。細胞衰老是器官乃至個體衰老的驅動力,衰老細胞通過其分泌物包括細胞因子、趨化因子、生長因子、蛋白酶和細胞外囊泡等可誘導鄰近細胞衰老,引起衰老細胞在器官組織累積,導致器官發生衰老,生理功能下降。衰老細胞在組織器官累積會導致衰老相關功能退化和疾病。因此,近年發展起來的特異清除衰老細胞有可能成為一種同時實現改善健康壽命和減少多種與年齡相關的功能障礙的延緩衰老新策略。

嵌合抗原受體T細胞(CAR-T)治療已經在某些血液腫瘤取得了成功,這些經過基因工程改造的T細胞可準確地裂解靶細胞。清除積累的衰老細胞已成為CAR-T細胞治療研究中的一個新領域。美國Scott W.Lowe和Michel Sadelain研究團隊在小鼠模型中使用嵌合抗原受體CAR-T細胞靶向抑制衰老細胞的候選靶標——尿激酶型纖溶酶原激活劑受體(uPAR)。uPAR與細胞外基質重塑相關,在復制、致癌基因誘導和毒性誘導的衰老細胞表面上調。細胞毒性CAR-T細胞能夠在體外和體內選擇性地清除表達uPAR的衰老細胞。小鼠模型中,CAR-T細胞介導的衰老細胞清除改善了存活率和組織病理學特征,表明這種衰老細胞清除療法的可行性和潛力[17]。然而,uPAR-CAR-T細胞雖然在清除衰老細胞、改善衰老表型上看到了作用,但稍過量的CAR-T會導致促炎細胞因子表達、體重減輕和體溫過低等不良反應。另外,衰老細胞清除療法的CAR-T細胞可能具有自我限制的特性,它們的擴張和消退會在幾天內發生,在急性到亞急性不良反應的情況下是有風險的,因此在臨床給藥前還需進一步優化和測試[18]。

北京大學的鄧宏魁團隊創新性地發展了一種新型的前體藥物開發策略,即基于溶酶體β-半乳糖苷酶(β-gal)的活性增加(衰老細胞的主要特征)來設計新化合物——前體藥物SSK1。SSK1進入衰老細胞,可被衰老細胞中β-gal酶代謝激活發揮作用,靶向清除衰老細胞而不影響非衰老細胞活性。體外研究發現,SSK1可以選擇性殺死不同種屬、不同細胞類型以及不用刺激因子誘導的衰老細胞。體內研究表明,SSK1處理后,老年小鼠多個組織β-gal陽性的衰老細胞數量減少,同時衰老相關基因如p16和p21的表達也被下調,說明SSK1可以有效清除老年小鼠中多個組織的衰老細胞,緩解年齡相關的機體功能衰退。另外,一系列實驗證明了該藥物的安全性。這項研究表明,溶酶體β-gal可作為一個選擇性清除衰老細胞的有效靶點,從而為開發延緩衰老藥物提供了新的策略[19]。然而,這種療法可能會在具有高SA-β-gal活性的非衰老細胞中(如活化的巨噬細胞)受到脫靶效應的影響。

此外,清除p16陽性的星膠質細胞和小膠質細胞,可以抑制神經膠質的累積,減少大腦皮質和海馬區神經元的退化,從而保持小鼠的認知功能[20]。這些研究揭示了靶向清除衰老細胞有望改善衰老導致的慢性疾病包括神經退行性疾病。