歲月是把殺豬刀，曾經(jīng)人們以為這把刀只會(huì)刺向增殖細(xì)胞，而不會(huì)向不再分裂的終末分化細(xì)胞出手。

作為一種終末分化的不分裂的細(xì)胞，神經(jīng)元真的不會(huì)衰老嗎？既往有研究發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默?。ˋD）患者的神經(jīng)元表現(xiàn)出一些類(lèi)似衰老的表型，但是并未引起重視[1,2]。

近些年的研究發(fā)現(xiàn)，即使是未分化的細(xì)胞，也存在細(xì)胞衰老的特征[3]。這使得人們對(duì)神經(jīng)元是否會(huì)發(fā)生衰老感到好奇，如果神經(jīng)元發(fā)生衰老，那么它與神經(jīng)退行性疾病之間是否有聯(lián)系呢？

近期，由索爾克生物研究所Jerome Mertens，F(xiàn)red H. Gage以及Joseph R. Herdy領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞·干細(xì)胞》上發(fā)表研究成果[4]，他們發(fā)現(xiàn)，AD患者的神經(jīng)元表現(xiàn)出一系列衰老的特征，并且具有促炎的衰老相關(guān)分泌表型（SASP），這會(huì)引起AD的典型病理特征——星形膠質(zhì)細(xì)胞增生。這也代表，神經(jīng)元的衰老可能是AD的一個(gè)重要特征，或能促進(jìn)AD的進(jìn)展。

更為重要的是，他們的發(fā)現(xiàn)表明靶向衰老神經(jīng)元的療法可能是預(yù)防或者治療AD的一種有效策略。

論文首頁(yè)截圖

為了探究神經(jīng)元是否也存在衰老現(xiàn)象以及它的衰老是否與AD有關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)收集了AD患者以及認(rèn)知正常人群的尸檢樣本，檢測(cè)其中衰老細(xì)胞特異性標(biāo)志基因CDKN2A（編碼p16INK4a和p14ARF）的表達(dá)。

他們發(fā)現(xiàn)，在富含神經(jīng)元的前額皮質(zhì)區(qū)（PCx），AD患者CDKN2A mRNA水平顯著高于正常人，而在神經(jīng)元密度較低的額葉白質(zhì)區(qū)（FWM）則沒(méi)有顯著區(qū)別。

為了進(jìn)一步探究PCx區(qū)域CDKN2A mRNA水平增加是否由于神經(jīng)元上CDKN2A表達(dá)增加所致，研究團(tuán)隊(duì)收集了AD患者以及正常人的PCx組織進(jìn)行了免疫熒光染色。結(jié)果顯示，AD患者的p16陽(yáng)性神經(jīng)元比正常人更多，并且p16陽(yáng)性的神經(jīng)元有相互聚集的趨勢(shì)。

這些數(shù)據(jù)表明，AD患者的PCx區(qū)域衰老的神經(jīng)元比例更高，且可能具有“旁觀者效應(yīng)”（即衰老細(xì)胞可能會(huì)誘導(dǎo)周?chē)募?xì)胞也發(fā)生衰老）。

AD患者大腦中衰老神經(jīng)元的比例增加

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)借助體外誘導(dǎo)神經(jīng)元（iNs）探究AD患者的神經(jīng)元是否具備衰老相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組以及表觀遺傳特征。他們發(fā)現(xiàn)，相比于正常人來(lái)源的iNs，AD患者來(lái)源的iNs（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AD iNs）會(huì)高表達(dá)衰老相關(guān)基因（CDKN2A、MMP3、CXCL8、CXCL5、CDKN1C和IL-6）。同時(shí)，ATAC-seq結(jié)果顯示，AD iNs中這些衰老相關(guān)基因的染色質(zhì)開(kāi)放程度顯著增加，這與其表達(dá)上調(diào)是一致的。

這些數(shù)據(jù)表明，AD患者的神經(jīng)元具有衰老相關(guān)的轉(zhuǎn)錄以及表觀遺傳特征。

AD 神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組的衰老變化

上述的結(jié)果初步表明AD iNs可能具有類(lèi)似AD患者神經(jīng)元的衰老特征，為了更進(jìn)一步確認(rèn)這個(gè)發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)使用毛細(xì)管蛋白質(zhì)印記、免疫熒光和流式細(xì)胞術(shù)等技術(shù)手段檢測(cè)iNs中的衰老表征。

結(jié)果顯示，AD iNs中衰老標(biāo)志物p16和β-半乳糖苷酶蛋白水平顯著升高，并且細(xì)胞核增大。這表明來(lái)自AD患者的iNs確實(shí)具有明顯的衰老特征。

因此研究團(tuán)隊(duì)以iNs為實(shí)驗(yàn)材料，使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)進(jìn)一步分析衰老神經(jīng)元的分子表型。結(jié)果顯示在AD iNs中，有氧呼吸、神經(jīng)遞質(zhì)合成等相關(guān)的基因明顯下調(diào)，而SASP相關(guān)基因有明顯的富集，這表明衰老神經(jīng)元可能會(huì)觸發(fā)AD中的促炎級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

AD患者來(lái)源的iNs具有明顯的衰老特征并上調(diào)SASP相關(guān)基因表達(dá)水平

少數(shù)衰老細(xì)胞可通過(guò)旁分泌促炎性SASP分子對(duì)組織穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生巨大影響，而反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生現(xiàn)在被廣泛認(rèn)為是AD的決定性病理特征之一[5]。鑒于上述研究結(jié)果已經(jīng)表明衰老的神經(jīng)元上調(diào)SASP相關(guān)基因的表達(dá)，研究團(tuán)隊(duì)想知道AD患者的衰老神經(jīng)元是否會(huì)分泌SASP相關(guān)分子并誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生。

為了探究這個(gè)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)收集了AD患者和正常人的iNs培養(yǎng)上清，用來(lái)培養(yǎng)原代人類(lèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞。結(jié)果顯示，AD iNs會(huì)引起星形膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度激活與增殖，同時(shí)還使其具有AD患者大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄特征。

同時(shí)，經(jīng)過(guò)AD iNs培養(yǎng)上清處理的星形膠質(zhì)細(xì)胞中衰老標(biāo)志物的水平也有上升，表明衰老的神經(jīng)元可以通過(guò)SASP引起星形膠質(zhì)細(xì)胞增生與衰老。

衰老神經(jīng)元通過(guò)分泌SASP相關(guān)分子誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生與衰老

已有的研究表明，特定的藥物組合可以清除衰老細(xì)胞。那么使用這些藥物是否能夠清除衰老的神經(jīng)元呢？

研究團(tuán)隊(duì)使用衰老靶向藥物組合達(dá)沙替尼和槲皮素（D+Q）處理AD患者以及正常人的iNs，發(fā)現(xiàn)D+Q可以有效清除AD iNs中的衰老神經(jīng)元，將p16陽(yáng)性率降低至正常人iNs同等水平。這表明使用靶向衰老細(xì)胞的藥物可以有效清除AD相關(guān)衰老神經(jīng)元。

衰老神經(jīng)元可以被抗衰老藥物組合去除

總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究成果表明，AD患者的大腦神經(jīng)元衰老水平更高，并且衰老的神經(jīng)元具有SASP表型，可以引起AD的典型病理——星形膠質(zhì)細(xì)胞增生。更為重要的是，這項(xiàng)研究還表明，衰老的神經(jīng)元可以被抗衰老藥物組合清除，這預(yù)示著我們或許可以通過(guò)特定藥物組合清除大腦中的衰老神經(jīng)元，進(jìn)而預(yù)防或減緩AD。

參考文獻(xiàn)：

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2. McShea, A., Harris, P.L., Webster, K.R., Wahl, A.F., and Smith, M.A.(1997). Abnormal expression of the cell cycle regulators P16 and CDK4 in Alzheimer’s disease. Am. J. Pathol. 150, 1933–1939.

3. Paramos-de-Carvalho, D., Martins, I., Cristo′ va o, A.M., Dias, A.F., NevesSilva, D., Pereira, T., Chapela, D., Farinho, A., Jacinto, A., and Sau′ de, L (2021). Targeting senescent cells improves functional recovery after spinal cord injury. Cell Rep. 36, 109334. https:///10.1016/j.celrep.2021.109334

4. Herdy JR, Traxler L, Agarwal RK, et al. Increased post-mitotic senescence in aged human neurons is a pathological feature of Alzheimer's disease. Cell Stem Cell. 2022;29(12):1637-1652.e6. doi:10.1016/j.stem.2022.11.010

5. Farr, J.N., Fraser, D.G., Wang, H., Jaehn, K., Ogrodnik, M.B., Weivoda M.M., Drake, M.T., Tchkonia, T., LeBrasseur, N.K., Kirkland, J.L., et al (2016). Identification of Senescent Cells in the Bone Microenvironment J. Bone Miner. Res. 31, 1920–1929. https:///10.1002/jbmr.2892.