我們中的許多人在步入中年後，記憶力和認知能力都會下降。然而，科學家們並不完全清楚大腦中造成這種情況的確切分子變化。最近對小鼠的研究表明，隨著動物年齡的增長，負責在整個大腦中傳遞信息的白質組織發生了最顯著的變化。

研究顯示，最顯著的變化往往發生在大腦白質中，而白質是一種神經系統組織，是大腦信號傳輸不可或缺的部分。研究還考察了兩種影響大腦某些區域的治療方法–限制熱量攝入和輸注年輕小鼠的血漿，其中輸注血漿似乎減緩了與年齡有關的衰退。

研究結果有助於人們深入了解正常衰老導致的認知能力下降，以及衰老如何導致神經退行性疾病，如阿爾茨海默氏症、帕金森氏症和多發性硬化症。

在許多神經退行性疾病中，大腦的某些區域更容易受到損害，但科學家並不清楚具體原因。

神經病學和神經科學教授托尼-威斯-科雷（Tony Wyss-Coray）博士說：”我認為這項研究是解釋這種神秘的區域脆弱性的一種方法。”

Wyss-Coray 是斯坦福大學醫學院陳德華二級教授，也是斯坦福大學吳採神經科學研究所Phil and Penny Knight 腦復原力研究計劃的主任，他是描述這項研究的論文的資深作者。Oliver Hahn曾是Wyss-Coray實驗室的博士後研究員，現在是Calico生命科學公司的首席研究員，他是論文的第一作者。該論文最近發表在《細胞》（Cell）雜誌上。

不同區域發現不同基因

研究小組對59 只3 至27 個月大的雌性和雄性小鼠大腦兩個半球的15 個區域進行了取樣。他們對大腦各區域細胞表達的頂級基因進行了鑑定和排序。他們確定了82 個基因，這些基因在10 個或更多區域中經常出現且濃度各不相同。

研究小組利用這些基因制定了一個共同的衰老評分，評估大腦不同區域的基因活動如何隨著年齡的增長而變化。

研究人員發現，在12 個月和18 個月大的小鼠中，白質的基因表達變化最早也最明顯，白質位於大腦深部，含有受白色髓鞘保護的神經纖維。據Wyss-Coray 稱，這些小鼠的年齡（以鼠年計算）與50 多歲的人差不多。

“我們還不能確定白質中的基因表達變化如何影響記憶和認知。這需要更多的基因操作和神經生物學工作，”Wyss-Coray 說。”但我們知道，白質是將不同大腦區域連接在一起的線路。”

過去的研究表明，衰老會破壞大腦中原本穩定的基因表達模式，開啟調節炎症和免疫反應的基因，關閉負責蛋白質和膠原蛋白合成的基因。炎症和免疫反應會影響髓鞘的完整性，髓鞘是神經周圍的絕緣層，負責在大腦中傳遞信號。

哈恩說：”在衰老研究中，白質一直是一個相當被忽視的領域，因為衰老研究通常側重於皮層或海馬等神經元密集區域。我們的數據顯示，白質是一個特別容易受到衰老影響的區域，這一事實為我們提供了新的、引人入勝的假設。”

測試干預措施

採取乾預措施，減緩導致大腦特定區域衰退的基因轉變，可能有利於解決神經退行性疾病以及與衰老相關的普遍衰退問題。

在這項研究中，研究小組探討了兩種干預措施–限制熱量攝入和注射年輕小鼠的血漿–以評估它們是否能防止特定區域基因表達的變化。每種干預都從小鼠19個月大時開始持續四周。

研究人員發現，飲食干預導致與晝夜節律相關的基因開啟，而血漿干預則開啟了涉及乾細胞分化和神經元成熟的基因，從而選擇性地逆轉了與年齡相關的基因表達。

哈恩說：”干預似乎作用於大腦中非常不同的區域，並[誘發]驚人不同的效果。這表明，大腦中有多個區域和途徑具有改善老年認知能力的潛力。”

研究小組還研究了與三種神經退行性疾病–阿爾茨海默病、帕金森病和多發性硬化症–相關的基因與年齡有關的變化，這些疾病通常會影響大腦的特定區域。每種基因在老年動物體內的表達分佈都發生了變化，並且發生在通常與特定神經退行性疾病無關的大腦區域。這一發現可以幫助人們深入了解大量患有神經退行性疾病但沒有明確遺傳聯繫的患者。

這項研究還能提供新的機會，利用基因表達數據找到易受衰老影響的細胞群，從而探索治療和乾預方法。未來的研究可以探索基因表達如何導致神經元活動和結構的功能性變化。Wyss-Coray 及其在”奈特大腦復原力倡議”（Knight Initiative for Brain Resilience）的同事們旨在通過建立類似的人腦衰老基因圖譜來擴展這項工作。

Wyss-Coray 說：”在小鼠身上觀察到的單個基因變化可能無法直接轉化為人類的基因變化。但我們相信，白質對衰老的脆弱性很可能會影響到人類”。