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2023

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大脑发育和衰老研究新进展


大脑在生命的早期阶段经历了快速的生长和发育,接着,当人们进入老龄之后,大脑开始退化;然而,人们对区别大脑发育和衰老的生物学过程却所知甚少。 在今天发表的网络版Genome Research 的一篇报道中,研究人员发现了在年轻和衰老的大脑的变化之间发生的一种基因调控联系。

大脑在生命早期的年岁中发生了急剧的生长和变化,其中有些发育过程会一直延伸到成年期。 在生命后期的岁月中,大脑经历了破坏性的变化,例如脑容量的下降、突触的丧失及认知力的衰退。 尽管大脑的发育和衰老是人们高强度研究的领域,但传统上,它们是被分开研究的。人们对这两种过程之中的界线所知甚少。

大脑发育的基础是复杂而且协调的基因调控的过程。上海生命科学研究院的博士后研究人员Mehmet Somel说:“在发育的时候,许多基因被诸如转录因子和微RNA等调控因子打开及关上。问题是,这些所有这些调节过程一旦进入成年期的时候是否都已停止了,或是它们在衰老的过程中依然活跃?”

Somel及其一个国际性的研究团队通过检查在人与恒河猴的一生中其前额皮层中的信使RNA(mRNA)、微RNA及蛋白表达的变化来解答这个问题。 人们认为,前额皮层参与了诸如复杂行为、人格及决策等功能。

该研究团队发现,在前额皮层中的独特的基因调节模式在成熟之后不会停止,相反,这一过程会持续进入老年。这是一个在许多不同的功能过程中都观察到的现象。 一个特别突出的例子是与神经元功能有关的基因的下调。

以往的研究工作显示,神经元基因随着年龄的增长会逐渐丧失其活性,这归因于在一生的时间中在神经元细胞中所积累的损害。Somel及其同事显示,这一过程可在早至3到4岁的时候就已经开始,从而提示,这些变化可能是持续深入老年之后的正常的发育调控。 尽管这些调控在发育的时候可能是有益的,但在老年的时候,这些基因调控的继续(或称“失控的”发育)进行可能就会变得有害了。 有趣的是,他们发现,该失控的神经元发育在恒河猴中得到了保留,但其是以一种加快的速度发生的。 由于在恒河猴中,该调控过程进展速度要快得多,文章的作者提出,这可能是使恒河猴寿命受到限制的一个重要的促成因子。恒河猴的寿命只有人类的约三分之一。

文章的作者提醒道,衰老是一个由许多促成因子造成的非常复杂的过程,但他们解释说,他们的工作提示,失控的发育可能是与老化有关的衰退的一个重要的促成因子。

为什么进化没有消除这一可能是有害的过程呢?上海生命科学研究院的Philipp Khaitovich是本研究的资深作者。他解释说,在老年的时候所经历的有害的影响可贯穿性地扩散并在人群中固定,特别是当这些效应在生命的早期是有益的。

Khaitovich说:“从进化上来说,物种的繁殖是被最优化的以保证其下一代的生存。实际上,长寿阻止了基因对变化环境的快速适应。”

Khaitovich补充说,随着他们现在开始了解这一进化特征的生物学后果,研究人员可能会发现将物种从早期繁殖到个体长寿及增进在老年时健康的平衡进行转变的方法。

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