大腦控制著人的感知、行為,、情感和決定,,但竟然也控制著衰老?
這一發(fā)現(xiàn)令人驚訝,。
11月9日凌晨,,中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心,、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員蔡時(shí)青帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上發(fā)表論文,,他們在線蟲的大腦中發(fā)現(xiàn)了一種新的神經(jīng)肽,并由此揭開一條傳遞衰老信號(hào)的“信息高速公路”——信號(hào)通路,,延緩衰老的方法也因此浮出水面,。
9日上午,蔡時(shí)青告訴澎湃新聞(www.thepaper.cn),,當(dāng)想辦法抑制“信息高速公路”后,,線蟲衰老的速度減緩了,不過,,線蟲的壽命沒有因此而變長,,因?yàn)樯淖罱K期限不變,。
延緩衰老,,也不一定能延長壽命。
緩慢衰老的線蟲
但線蟲的生存質(zhì)量確實(shí)提高了:其雄蟲交配能力,、進(jìn)食能力的衰老速度都減緩了,。
他們還發(fā)現(xiàn),“信息高速公路”是專線專用,。該通路對線蟲運(yùn)動(dòng)能力的衰老沒有影響,。
這或許將吸引更多人投身這一研究領(lǐng)域,尋找新基因,,開發(fā)藥物,,揭開其他動(dòng)物——包括人的衰老控制之謎。
蔡時(shí)青目前還正在關(guān)注如何延緩線蟲認(rèn)知功能的衰老,。
中國科學(xué)院外籍院士,、中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所所長蒲慕明告訴澎湃新聞(www.thepaper.cn),,蔡時(shí)青研究組的這一研究成果與“健康中國2030”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)。目前發(fā)現(xiàn)的這套機(jī)制雖然是在線蟲身上,,但很多生物可能都是相似的機(jī)制,,甚至是同樣的基因。通過口服前述神經(jīng)肽的抑制劑,,或許可以延緩衰老,,但首先需要進(jìn)行臨床試驗(yàn)。
據(jù)蔡時(shí)青介紹,,該研究耗時(shí)七年,。他們遇到的一個(gè)巨大難題直到Crispr-Cas9技術(shù)被發(fā)明后才得以解決。
一位審稿人表示,,該研究就遺傳如何影響衰老,,做出了多個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。雖然這些發(fā)現(xiàn)并非全部都是新的,,但在該研究中它們得到了非常強(qiáng)的闡釋,,比如機(jī)體組織健康、行為能力,,與壽命長短沒有必然的聯(lián)系,。該研究論文巧妙運(yùn)用行為和基因位點(diǎn)在不同野生線蟲品系之間的差異,將神經(jīng)肽信號(hào),、行為和衰老三者聯(lián)系了起來,。
如果把人體比作汽車
早在50多年前,全身透明,、體長僅1.5毫米的秀麗隱桿線蟲就已經(jīng)成為生物學(xué)家的“寵物”,,它們被養(yǎng)在果凍一樣的瓊脂糖培養(yǎng)基上爬來爬去,它們的食物是大腸桿菌,。
人們用顯微鏡觀察其形態(tài)和行為,。從一個(gè)細(xì)胞到成蟲,線蟲的整個(gè)生命周期都被科學(xué)家們完整而細(xì)致地描繪過,。
線蟲擁有簡單的神經(jīng)系統(tǒng),,它會(huì)趨利避害,有學(xué)習(xí)和記憶能力,,會(huì)主動(dòng)尋找食物,。在20℃下,線蟲的平均發(fā)育時(shí)間是3.5天,,整個(gè)生命周期僅三周,、21天。
蔡時(shí)青帶領(lǐng)的研究人員發(fā)現(xiàn),,來自世界各地的線蟲,,其衰老速度不同,。比如,以交配能力為例,,他們發(fā)現(xiàn),,與世界各地的其他線蟲相比,來自英國的CB5854線蟲的衰老速度較慢,。在進(jìn)食能力,、運(yùn)動(dòng)能力上,線蟲的衰老速度也各有不同,。
為什么會(huì)存在這樣的差異,?
蔡時(shí)青帶領(lǐng)的研究人員將不同的線蟲雜交并測序,最終將可疑的基因定位在一個(gè)長度為300kb的DNA片段上,,其中有多個(gè)候選基因存在,。他們最終鎖定了
rgba-1基因(行為衰老調(diào)控基因-1)。
經(jīng)過艱難的分離和鑒定,,研究人員確認(rèn),,
rgba-1基因表達(dá)了一種神經(jīng)肽RGBA-1。
順藤摸瓜,,研究人員找到了該衰老信號(hào)通路的其他下游成分:七次跨膜蛋白NPR28和線粒體中的蛋白去乙?;窼IR2.1蛋白。
NPR28蛋白位于5-羥色胺能和多巴胺能神經(jīng)元表面,,SIR-2.1介導(dǎo)了線粒體的應(yīng)激反應(yīng),。
這些蛋白和前述神經(jīng)肽像光纜一樣,組成了衰老信號(hào)的“信息高速公路”,。其中的每一種成分的基因都可能有很多不同的“版本”,,基因序列不盡相同,千人千面,,因此導(dǎo)致其蛋白活性上的差異,。
無論這些“信息高速公路”怎樣組合,但只要線粒體的應(yīng)急反應(yīng)增強(qiáng),,雄線蟲的交配能力的衰老速度就減慢,。
蔡時(shí)青告訴澎湃新聞,,為了證明
rgba-1的作用,,研究人員曾想引入突變,但遲遲未能成功,。實(shí)驗(yàn)耽擱了一年多,。“基因魔剪”Crispr-Cas9被發(fā)明后,,他們使用該技術(shù),,才高效地完成了相關(guān)實(shí)驗(yàn),。
他推測,人和其他動(dòng)物體內(nèi)也潛藏著這樣的信號(hào)通路,,或相似的控制機(jī)制,。
控制壽命的基因
該論文共同第一作者高革博士告訴澎湃新聞,他們尚未找到人類的前述神經(jīng)肽的基因,,但找到了人體中的前述七次跨膜蛋白的基因,。
對于新發(fā)現(xiàn)的衰老信號(hào)通路,該論文的第一作者尹江安博士做了一個(gè)絕佳的比喻,。他表示,,如果把人體比作一輛汽車,車輛的老化正如人體的衰老,。
生命體如同一臺(tái)被設(shè)定了報(bào)廢期限的汽車,,根據(jù)車載電腦主動(dòng)發(fā)出的指令,這輛汽車每天它會(huì)老一點(diǎn)點(diǎn),。如果指令給得急切,,車就“老”得快,會(huì)很快,、很早出問題,,需要大修,需要更換零件,,甚至提前終止壽命,。
蔡時(shí)青帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的延緩衰老機(jī)制,如同從車載電腦下手,,讓衰老指令給的少一些,、慢一些,車輛就更長時(shí)間地保持良好狀態(tài),,但報(bào)廢期限不變,。
健康衰老和中國腦計(jì)劃
蒲慕明表示,蔡時(shí)青研究組的研究成果跟健康腦的目標(biāo)是極為密切的,。要實(shí)現(xiàn)2030年健康中國的目標(biāo),,全社會(huì)老年人的健康非常重要。這也是目前人們面臨的最嚴(yán)重問題之一,。
很多老年病,,比如阿爾茨海默病、帕金森病,,都是衰老導(dǎo)致的疾病,。過去幾十年中,人們都想找到治療的方法,,世界各大藥廠投入數(shù)千億美元進(jìn)行相關(guān)藥物的研發(fā),,但到現(xiàn)在都沒有一個(gè)真正能夠用于治療的藥物,。
蒲慕明說,人們現(xiàn)在普遍的看法是,,對于衰老帶來的神經(jīng)退行性疾病,,最好的干預(yù)方法就是延緩衰老。比如,,現(xiàn)在85歲以上的老人,,根據(jù)統(tǒng)計(jì),大概三分之一的人會(huì)患老年癡呆,。假如我們能把老年癡呆的發(fā)病時(shí)間推遲到95歲,,那么因此而失能的老人就很少了。因?yàn)槿祟惖膲勖怯邢拗频?,隨著年齡的增長,,死亡率會(huì)有變化。95歲以后,,人類的死亡率會(huì)大大增加,。
蔡時(shí)青研究組發(fā)現(xiàn)的這套衰老控制機(jī)制雖然是在線蟲身上,但由于進(jìn)化上的保守性,,很多生物可能都是同樣的或相似的機(jī)制,。
基因難以被改變,但神經(jīng)肽的量或許可以通過某種藥物來減少或抑制,,讓衰老的速度慢下來,。
如果衰老可以被減緩,那么死亡還會(huì)發(fā)生嗎,?
蒲慕明認(rèn)為,,死亡不可避免,這是進(jìn)化決定的,。死亡是由多基因,、多因素造成的系統(tǒng)性崩潰,衰老雖然被延緩,,但生命還是有終點(diǎn),。
蒲慕明強(qiáng)調(diào),“我們不能改變死亡,,但是如果可以延緩衰老,,就可以改善他的生活質(zhì)量,盡可能讓他健康地衰老,,這是老齡化社會(huì)應(yīng)該努力的方向,?!?/p>
早在2014年3月12日,,蔡時(shí)青研究組就在《神經(jīng)科學(xué)雜志》上發(fā)表論文,,基于讓線蟲節(jié)食的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),提出假說:長壽與衰老無必然聯(lián)系,。延長壽命,,也不一定能夠延緩動(dòng)物的行為退化。
反之亦然,。延緩衰老,,也不一定能延長壽命。
衰老伴隨著生理機(jī)能的降低,,各種老年病襲來
蒲慕明提到,,中國將要啟動(dòng)的腦計(jì)劃,很大一部分工作就是要找到對老年癡呆(阿爾茨海默?。┻@樣神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早期診斷,、早期干預(yù)的方法。
比如,,一個(gè)人如果發(fā)生記憶力衰退,,該用什么干預(yù)的方法,來減緩其進(jìn)程,。不一定是吃藥,,或許可以通過腦力運(yùn)動(dòng)、社交行為,、生理調(diào)控等方案,。
蒲慕明透露,中科院的腦科學(xué)智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心有100多位來自研究所的,、來自大學(xué)的正高級職稱的研究員,。其中,九個(gè)實(shí)驗(yàn)室合作研發(fā)了定量測量腦功能的工具集,。使用這些工具,,人們可以很快定量地測出跟腦功能相關(guān)的指標(biāo),包括認(rèn)知,、記憶,、運(yùn)動(dòng)、感知等功能,。有了這些定量的指標(biāo),,就可以進(jìn)行診斷。
上海市正在建立相關(guān)的人群隊(duì)列,,定期給人們檢查腦功能,。但此前我們?nèi)プ鼋】禉z查,什么都測了,但唯獨(dú)沒有測大腦的情況,,因?yàn)槿狈y量方法和定量指標(biāo),。未來,人們每年的健康檢查中將包括腦健康的檢查,。如果大腦記憶力下降了,,結(jié)合其他生理參數(shù),比如血壓,、血糖,、血脂,進(jìn)行綜合評分,。如果評分較差,,醫(yī)生需要趕快給你開藥,或者給你建議,。
“中國腦計(jì)劃什么時(shí)候啟動(dòng),,現(xiàn)在還沒有確切的消息或時(shí)間表。但前期準(zhǔn)備工作很順利,。2013年開始討論,,到現(xiàn)在已經(jīng)四年了。我覺得,,中國腦計(jì)劃沒有像國外的那樣紛紛上馬,,是好事。這是國家十五年的計(jì)劃,,是一個(gè)長期的事情,,真的要好好討論,需要充分地準(zhǔn)備,,想清楚需要什么樣的體制,、機(jī)制的設(shè)計(jì),經(jīng)費(fèi)怎樣用到刀口上面,,這是我們腦計(jì)劃成功的保障,。所以,我不急,,我認(rèn)為,,寧可好好地計(jì)劃,也不要匆匆上馬,?!?/p>
蒲慕明說,蔡時(shí)青論文中的研究是對雄性線蟲交配能力,、進(jìn)食能力的干預(yù),,但認(rèn)知行為對人類來說是更重要,。我們已經(jīng)有了一些用生理的或物理刺激的干預(yù)手段,來維持健康腦,。但從基因角度進(jìn)行干預(yù),,還需要進(jìn)一步研究,認(rèn)知行為很復(fù)雜,。