《科學》雜誌最新發現:運動可以預防大腦衰老,不運動也可以?

近日,加州大學舊金山分校Eli和Edythe再生醫學和干細胞研究中心的科學家們在小鼠身上進行的一項新研究显示,一種很少被研究的肝臟蛋白可能是眾所周知的運動對衰老大腦有益的原因。這一發現可能會帶來新的療法,為那些由於身體限制而無法鍛煉的人提供身體活動的神經保護作用。

眾所周知,運動是保護大腦不受年齡相關性認知衰退影響的最佳研究和最有力的方法之一,並且已被證明可以改善患有神經退行性疾病(如阿爾茨海默症和額顳恭弘=叶 恭弘痴呆症)風險的個體認知能力,即使是那些具有罕見基因變異的人,也會不可避免地患上痴呆症。

但許多老年人由於身體限制或殘疾而無法定期鍛煉,研究人員長期以來一直在尋找一些療法,以便為身體活動水平低的人帶來同樣的神經益處。

2020年7月9日發表在《科學》雜誌上的一項新研究表明,在小鼠運動后,它們的肝臟會分泌一種名為Gpld1的蛋白質進入血液。在老年小鼠的血液中,這種蛋白質的水平與認知功能的改善相對應。與加州大學舊金山分校記憶與衰老中心合作的研究發現,定期鍛煉的老年人血液中這種酶的含量也有所提高。但是研究人員表明,僅僅通過增加小鼠肝臟產生的Gpld1的數量,就可以給大腦帶來與經常鍛煉相同的好處。

加州大學舊金山分校解剖學、物理治療和康復科學系的助理教授索爾·維勒達(Saul Villeda)博士表示,“如果有一種藥物能對大腦產生和鍛煉一樣的好處,每個人都會服用。現在我們的研究表明,至少其中的一些好處有一天可能會以藥片的形式出現。”

維勒達的實驗室之前已經證明,存在於幼齡老鼠血液中的生物因子可以使衰老的老鼠大腦恢復活力,相反,老齡老鼠血液中的因子可以使幼齡老鼠過早地出現與年齡相關的認知衰退。

這些先前的研究結果促使維勒達實驗室的研究生阿蘭那·霍洛維茨(Alana Horowitz)和博士后研究員范雪萊(Xuelai Fan)博士研究了血液中可能也會帶來鍛煉益處的因素,這也被認為可以使衰老的大腦恢復活力,其方式類似於實驗室的“年輕血液”實驗。

霍洛維茨和范從定期鍛煉了七周的老年老鼠身上提取血液,並將其注射給久坐不動的老年老鼠。他們發現,經過四周的治療,老年老鼠的學習和記憶能力有了顯著提高,這與經常鍛煉的老鼠的情況相似。當他們檢查這些動物的大腦時,他們發現了海馬體區域新神經元生成增強的證據,這是一個有充分證據表明鍛煉能使人恢復活力的指標。

為了發現血液中哪些特定的生物因素可能是這些效應背後的原因,霍洛維茨、范和他的同事們測量了活躍小鼠和不活動小鼠血液中不同可溶性蛋白質的含量。

研究小組發現,小鼠在運動后血液循環中Gpld1增加,並且Gpld1水平與小鼠認知能力的提高密切相關。對加利福尼亞大學舊金山分校記憶與衰老中心Hillblom衰老網絡研究收集的人體數據進行分析后發現,與不太活躍的老年人相比,健康、活躍的老年人血液中Gpld1的含量也較高。

為了測試Gpld1自身是否能驅動所觀察到的鍛煉帶來的好處,研究人員使用基因工程來誘導老年小鼠的肝臟產生過量的Gpld1,然後測量這些小鼠在認知和記憶各個方面的多項測試中的表現。令他們驚訝的是,三周的治療產生的效果與六周的常規鍛煉相似,同時海馬體中新神經元的生長也顯著增加。

進一步的實驗室實驗表明,由肝臟產生的Gpld1不會通過所謂的血腦屏障,血腦屏障保護大腦免受血液中的有毒或感染性物質的傷害。相反,這種蛋白質似乎通過減少體內炎症和血液凝固的途徑對大腦產生影響。凝血和炎症都隨着年齡的增長而升高,並與痴獃和與年齡相關的認知能力下降有關。

該實驗室目前正致力於更準確地了解Gpld1如何與其他生物化學信號系統相互作用,以產生其促進大腦的機制,希望能夠確定治療的特定靶點,有朝一日,這些治療將為衰老的大腦帶來許多保護作用。

參考:

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-07-brain-benefits-gained-protein.html

【2】https://science.sciencemag.org/content/369/6500/167.full