Cell子刊：是膠質(zhì)細胞而不是神經(jīng)元最受大腦衰老的影響

日期：2017-01-13 09:06:13

老年大腦和年輕大腦之間的差異并不在于如此多的神經(jīng)元數(shù)量，而在于被稱作膠質(zhì)細胞（glia）的支持細胞的存在和功能。在一項新的研究中，研究人員研究了年齡在16～106歲的480個人的死后大腦樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一個人的膠質(zhì)細胞的狀態(tài)在多年內(nèi)如此保持一致性以至于它能夠被用來預測其年齡。這項研究為更好地理解膠質(zhì)細胞在晚年的大腦疾病中所起的作用奠定基礎。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年1月10日那期Cell Reports期刊上，論文標題為“Major Shifts in Glial Regional Identity Are a Transcriptional Hallmark of Human Brain Aging”。

論文共同通信作者、英國倫敦大學學院神經(jīng)生物學家Jernej Ule說，“我們廣泛地描述了10個人類大腦區(qū)域的年齡相關(guān)的基因表達變化，事實上，膠質(zhì)細胞要比神經(jīng)元經(jīng)歷更大的變化。存在相當多的大腦區(qū)域信息。這些信息將會吸引不同人的關(guān)注，比如一些人將會注意到黑質(zhì)中發(fā)生的非常獨特的星形膠質(zhì)細胞特異性的基因表達變化模式。我們提供大量仍然需要分析的數(shù)據(jù)。”另一名論文共同通信作者是Ule的部門同事Rickie Patani。論文第一作者是Lilach Soreq。

人體存在三種類型的膠質(zhì)細胞，每種類型給神經(jīng)元提供不同的支持：少突膠質(zhì)細胞形成絕緣的髓鞘結(jié)構(gòu)，小膠質(zhì)細胞起著免疫細胞的作用，星形膠質(zhì)細胞輔助神經(jīng)元的代謝、解毒和其他功能。基于對人類大腦組織樣品（主要來自英國大腦表達協(xié)會）的分析結(jié)果，研究人員證實在大腦衰老時，少突膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞改變它們的大腦區(qū)域（特別是海馬體和黑質(zhì)）基因表達模式，而小膠質(zhì)細胞特異性的基因表達在所有大腦區(qū)域中都會增加。

研究人員接下來對這些基因表達變化是否與大腦細胞群體中的變化相關(guān)聯(lián)進行了初步研究。通過對來自3種年輕大腦的組織樣品和來自3種老年大腦的組織樣品進行比較，他們發(fā)現(xiàn)在額皮質(zhì)中，少突膠質(zhì)細胞的數(shù)量隨著年齡的增加下降了。他們進一步確定這可能與少突膠質(zhì)細胞特異性的基因表達下降相對應。其他類型的膠質(zhì)細胞具有更加復雜的基因表達變化模式。

Ule說，“我們開發(fā)出一種非常好的機器學習程序，不得不仔細檢查成百上千種少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元以便獲得可靠的數(shù)據(jù)，但是我們想要理解基因表達下降是否在分子水平或細胞水平上發(fā)生。我們確實觀察到少突膠質(zhì)細胞消失了，但是除了最大的神經(jīng)元在數(shù)量上發(fā)生下降之外，我們并沒有看到神經(jīng)元數(shù)量發(fā)生顯著的變化。這是令人關(guān)注的，這是因為這些最大的神經(jīng)元通常與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)聯(lián)。”

一項意料之外的發(fā)現(xiàn)是在普通人群中，某些膠質(zhì)細胞基因表達模式能夠預測年齡。盡管這種分析僅能夠在人死后開展，而且某些人并不很好地符合這些基因表達模式，但是它確實給科學家們提供一種工具來理解大腦衰老如何與年齡相關(guān)疾病的病因相關(guān)聯(lián)。研究人員的最終目標是觀察基因突變或其他因素是否能夠以一種導致疾病的方式影響基因表達。