在一項針對線蟲、小鼠和人類的研究中,來自美國哈佛醫學院的研究人員發現在整個動物界中,衰老會帶來更多的神經活動,而當這種自然增加受到限制時,個體的壽命可能就會變得更長。他們著重介紹了一種保守性的稱為REST的轉錄因子,它可能是調節這種年齡相關的神經活動的關鍵。相關研究結果發表在2019年10月17日的Nature期刊上,論文標題為“Regulation of lifespan by neural excitation and REST”。
美國華盛頓大學圣路易斯醫學院發育生物學家Shin-ichiro Imai(未參與這項研究)說,“這是一篇非常有趣的論文,為我們提供了精神食糧。”
在美國韋恩州立大學研究線蟲和果蠅衰老的Joy Alcedo(也未參與這項研究)補充說,“這是一個令人著迷的觀點:隨著人們年齡的增加,我們的神經元可能實際上變得更加活躍,而且簡單地抑制這種神經活動可能就足以延長壽命。”
論文通訊作者、哈佛醫學院神經學家和遺傳學家Bruce Yankner說,隨著人們的年齡增長,大腦中的基因表達方式會以非隨機的方式發生變化,從而使得年輕人和老年人可通過其轉錄特征來加以區分。當然,所有老年人都不一樣,有些人健康,有些則不那么健康。Yankner及其同事們對某些表達特征是否與這種差異相關感興趣。
這些研究人員并沒有根據健康、壽命或其他任何參數將老年人分為特定的人群,而是讓數據來幫助他們。他們獲得來自數百名已故的老年受試者的額葉皮層的RNA,并通過一種稱為“無監督的分層聚類(unsupervised hierarchical clustering)”的計算過程進行RNA測序讀取。在這種計算過程中,計算機迭代地確定誰與誰最接近。他說,結果就是這些RNA轉錄本數據“自發地分成年齡小于80歲的人和年齡大于85或90歲的人,而且這種分配可在三個不同的隊列中觀察到,因而具有良好的重復性。”
通過研究這兩組之間關鍵基因表達的差異,這些研究人員發現相比于較早死去的人,壽命較長的人具有更少的參與神經興奮和突觸功能的基因的轉錄本。
為了讓他們的研究超越這種有趣的關聯性,這些研究人員轉向了動物模型。Yankner解釋說,秀麗隱桿線蟲是一種非常方便的研究衰老的生物,這是因為“它們的壽命只有三周左右。”他的團隊發現,較老線蟲的神經元傾向于比較年輕的線蟲具有更快的放電速度,但是在壽命顯著延長的突變線蟲中,神經元活動“幾乎保持沉默”。“這是你能想象到的最柔軟的線蟲。”此外,使用抑制神經活動的藥物會使野生型線蟲的壽命變得更長。
美國麻省理工學院神經科學家Li-Huei Tsai(未參與這項研究)說:“我個人認為這是一個非常驚人的結果。當你想到壽命時,它是非常神秘的。你可能會認為它可能涉及許多不同的東西。但請注意,[這些研究人員]僅調節一種東西,這就足以改變壽命。”
使用基因工具來關閉線蟲中的興奮性或抑制性神經元,分別會導致更長或更短的壽命,就像增強或抑制一種稱為SPR-4的轉錄因子的水平一樣。
SPR-4是線蟲中的哺乳動物轉錄因子REST同源物,其中REST是一種關閉神經基因的轉錄阻遏物。重要的是,在人類受試者中,與在70歲至80歲之間死亡的人相比,活到100歲或以上的人的REST蛋白水平高得多。而且,在經過基因工程改造而缺乏REST的小鼠中,大腦掃描顯示神經活動發生全局性增加。但是,REST對小鼠壽命的影響并未得到研究。
Imai說,“如果這些作者能夠發現在增加小鼠大腦中的REST水平時延長它們的壽命,那么這將比線蟲研究更接近于人類。”不過,正如他指出的那樣,針對能夠存活兩年或三年的小鼠的壽命實驗要比線蟲中的困難得多。
Imai說,如果這樣的結果能夠被證實,并且其機制能夠被理解,那么這將為潛在地操縱這種系統打開大門,而且“抗衰老干預措施可能在不久的將來成為現實”。