大脑衰老是可逆的。如何?为什么?我们能在多大程度上使已经衰老的大脑恢复活力?

这些信念和三个问题贯穿了我在加州大学旧金山分校(UCSF)的博士后工作。

是的,这和我平常写的文章不一样。这是第一次,我在报道我自己的工作——一个跨越不同方式来逆转大脑衰老的多年激情项目,探索身心的交集,并希望有一天能够帮助对抗我们随着年龄增长所面临的不可避免的记忆和认知衰退。

结果发表科学上周,与Alana Horowitz,博士候选人合作,并在解剖学系和Eli和Edy的再生药和干细胞研究中的扫罗别墅博士的指导下。

总而言之:运动,比如跑步,对衰老的大脑有好处,它的表现更像年轻时的自己。我们发现,运动小鼠的血液成分,无论是成年小鼠还是老年小鼠,都能将记忆和大脑再生的好处传递给年老的“沙发土豆”小鼠。令人惊讶的是,这种脑刺激级联反应的主要触发因素是肝脏中的一种蛋白质,然后这种蛋白质对大脑通过血液中一个复杂的分子电话游戏,我们仍然没有完全理解。

外卖吗?通过持续的跑步,肝脏和大脑之间的生物高速公路足以有效地逆转大脑的衰老,尤其是海马区——记录你一生经历的记忆的根源,这个区域会随着年龄和年龄的增长而显著衰退阿尔茨海默氏症疾病。通过更好地了解相关的血液信使,我们可以人为地激活这条通路,潜在地保护使你成为你自己的精神本质——即使你的大脑因年龄或疾病而衰退。

我们离“在抗衰老药物中锻炼身体”还很遥远。然而,这项在其他研究基础上进行的研究表明,用药物恢复老年人的记忆并不完全是幻想。

听起来疯狂吗?这是香肠的制作过程。

玛士撒拉交叉

自从我的早期博客日子以来,那些跟着我的人知道我痴迷于三个问题的核心的十字路口。一,运动对大脑有什么好处吗?两个,延缓与年龄有关的记忆丧失吗?三,大脑如何再生吗?

我在2015年加入了比列达实验室,有机会探索这个交集。他(和其他团队)的研究发现,当年轻老鼠多次被注射到年老的老鼠体内时,血浆(血液中的水成分,减去血细胞)足以刺激年老的大脑的再生能力和记忆功能,这一发现吸引了我,使我打消了离开学术界的念头。

这让我想知道:多年的研究表明,大脑衰老过程中的记忆丧失可以减缓甚至保留——“年轻血液”并不孤单。有氧运动,比如跑步,是一种方法。热量限制是另一个原因。还有一种方法是清除被称为衰老细胞的“僵尸”细胞,这些细胞不再能进行正常的活动,而是向周围环境释放有毒的炎症化学物质。

这些经常用于或施加于身体上的治疗是如何影响大脑的呢?血液中是否有化学信使穿过血脑屏障——一层紧密结合的细胞保护膜,将大脑与多种血液成分隔离开来?还是有一个神秘的指挥家在身体的某个地方远程指挥着一场分子交响乐,点燃大脑中的青春之泉?

在血液中

因为血浆似乎能将“青春的精华”从年轻动物身上转移到年老的大脑(以及心脏、肝脏和其他器官),我们首先提出的问题是:血液也是运动刺激的有利于青春的因素的载体吗?

我们给年老的老鼠——大约65岁的人类年龄——在笼子里跑轮子。幸运的是,老鼠一有机会就喜欢跑。六周后,作为一项健全的检查,我们发现在多项记忆测试中,拿着跑步轮的老鼠比懒洋洋地躺着的老鼠表现得好得多,证实了之前的研究表明,运动对衰老的大脑有好处。

然后我们用另一组年老的老鼠重新做了实验。然而,这一次,我们将跑步者的血浆提取出来,并在一个月的时间里注射给不运动的同伴。这种半慢性治疗为老年小鼠的大脑再生提供了时间。

你看,海马体的特殊之处在于,它是在生命的大部分时间里产生新神经元的两个大脑区域之一,尽管这一比率随着年龄的增长而下降。新生的神经元需要一段时间才能成熟并整合到现有的神经回路中,就像种植植物并将其移植到一个既定的生态系统中一样。这种再生过程是否会发生在人类身上,人们对此争论不休。然而,啮齿类动物的新生神经元在几个方面与更好的记忆表现有关,例如,我的车在哪里,我是否把车停在昨天的地方?并被广泛认为是一种恢复大脑活力的措施。

一天不运动,注射了跑步者血浆的老年老鼠在记忆测试中表现得更好——类似于快40岁或40岁出头的人类。他们的海马体增加了更多的新生神经元,并提高了超级大脑保护蛋白BDNF(脑源性神经营养因子)的水平。但血浆本身就是一个生态系统,它由数百种蛋白质和其他因素混合而成,它们随身体的气候变化而变化。那么奔跑老鼠的血浆中到底是什么导致了大脑的兴奋呢?

在肝脏

进入蛋白质组学魔术。这是一个大数据方法屏幕,了解蛋白质水平在某些操作之后如何变化,例如锻炼。我们的屏幕在GPLD1上磨练,肝脏中的蛋白质。

这是个奇怪的问题。此前从未发现它与大脑衰老、神经发生或再生有关。但是Alana发现,如果你通过基因改造在年老的老鼠的肝脏中人为地增加GPLD1的数量,它再现了锻炼过的老鼠的血浆增强记忆的效果。此外,与小鼠相似,我们发现,与不运动的人相比,活跃的老年人体内GPLD1含量更高,这为将我们的研究结果从小鼠转化到男性铺平了道路。

它变得怪异。GPLD1不会进入大脑。它太大了,会被那层薄薄的细胞——血脑屏障挡住。那么为什么它能帮助衰老的大脑呢?

答案似乎是一个分子信号链。GPLD1作为一种酶,对其他调节炎症的蛋白质起作用,包括衰老的“僵尸”细胞在衰老的大脑中喷出的有毒化学物质汤。

但事实是,我们还在寻找答案。然而,我们所知道的是,运动对整个身体有广泛而多样的影响。先前的研究发现,跑步还会刺激脂肪细胞和肌肉,有利于大脑的再生和认知功能——每个器官都有自己的分子“电话线”。“我们知道这些信号防止与年龄有关的记忆衰退。

然而,我们已经证明,身体到大脑的信息高速公路也可以反向脑老化的影响。这意味着即使老化的大脑也仍然非常灵活,并且它的恶化不是在石头中设置。它还表明,有一天,可以将GPLD1或其他脑促进分子传递给无法运动的老年人,并在没有他们离开沙发的情况下转移那些有益的效果。

彼得潘的大脑?

接下来会发生什么?我已经不在学术界了,但我最初提出的关于大脑衰老及其逆转的三个问题依然存在。

一:如何?GPLD1虽然非常有效,但并不是唯一连接身体和大脑的分子。运动还会影响血管和血液流动,骨骼和骨骼结构,这些结合起来势必会影响心理过程。这些途径是什么?它们有多突出?它们是如何运作的?

二:为什么?老龄化不仅仅是重新生成。脑细胞的能量工厂 - 线粒体 - 故障。炎症燃烧着。衰老僵尸细胞积累。gpld1会影响那些老化的标志吗?

最后,一个大的。我们的研究表明,当从成熟和年老的老鼠身上提取血浆时,血液可以传递运动的大脑振兴作用。但从年轻老鼠身上提取的血液也有有利于青年、有益于大脑的因素。我们能把锻炼和年轻结合起来吗?懒惰的老年老鼠会从运动中获得血浆吗年轻的老鼠表现出比单独运动或年轻血液更大的活力。我们会吗?在大脑衰老问题上,我们能让时间的车轮倒转多远?

图片来源:Fitsum AdmasuUnsplash

范雪来是一位神经科学家出身的科学作家。她在不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)完成了神经科学博士学位,在那里她开发了神经退化的新疗法。在研究生物大脑时,她开始对人工智能和所有生物技术着迷。毕业后,她搬到了加州大学旧金山分校,研究以血液为基础的因素,使衰老的大脑恢复活力。她是……

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