新研究發(fā)現(xiàn)，一些腦細胞的衰老速度比其他細胞更快，并且在患有阿爾茨海默病的患者中，這些衰老較快的腦細胞數(shù)量明顯偏多。

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校

5月14日消息

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校（University of California San Diego，UCSD）的工程師們發(fā)現(xiàn)，一些腦細胞的衰老速度比其他細胞更快，并且在患有阿爾茨海默病的患者中，這些衰老較快的腦細胞數(shù)量明顯偏多。此外，研究人員還觀察到某些腦細胞的衰老過程存在性別特異性差異，與男性大腦皮層相比，女性大腦皮層中“衰老”的少突膠質(zhì)細胞與“衰老”神經(jīng)元的比例更高。

這些發(fā)現(xiàn)得益于一種名為單細胞多核酸交互作圖（Multinucleic acid interaction mapping in single cells，MUSIC）的新技術(shù)，該技術(shù)允許研究人員深入觀察單個腦細胞，并繪制出染色質(zhì)（緊密盤繞的DNA形式）與 RNA 之間的交互作用。這項技術(shù)使研究人員能夠以單細胞分辨率可視化這些交互作用，并研究它們?nèi)绾斡绊懟�因表達。這些研究工作的細節(jié)已發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。

研究于2024年3月27日發(fā)表在《Nature》（最新影響因子：64.8）雜志上

“MUSIC 是一項強大的工具，能夠讓我們更深入地探索阿爾茨海默病的復(fù)雜性，” UCSD 雅各布斯工程學(xué)院 Shu Chien-Gene Lay 生物工程系的教授、本研究的主要作者鐘聲說道，“這項技術(shù)有潛力幫助我們揭示阿爾茨海默病病理背后的新型分子機制，這可能為更精準的治療干預(yù)和改善患者預(yù)后鋪平道路。”

人類大腦擁有復(fù)雜的細胞網(wǎng)絡(luò)，這些細胞以復(fù)雜的方式相互溝通和作用。在每個細胞中，都存在著包括染色質(zhì)和 RNA 在內(nèi)的遺傳組分的動態(tài)相互作用，這些相互作用決定了關(guān)鍵的細胞功能。隨著腦細胞的生長和衰老，染色質(zhì)和 RNA 之間的這些相互作用會發(fā)生變化。而在每個細胞內(nèi)，這些復(fù)合物可能會有很大的差異，尤其是在成熟的細胞中。然而，解開這些相互作用的細微差別一直是一個巨大的挑戰(zhàn)。

MUSIC 技術(shù)的出現(xiàn)，為探索單個腦細胞的內(nèi)部運作提供了一個窗口。鐘教授的團隊使用 MUSIC 技術(shù)分析了來自 14 位 59 歲及以上捐獻者的死后大腦樣本，特別是人類額葉皮層組織，這些捐獻者中有些人患有阿爾茨海默病，有些人則沒有。他們發(fā)現(xiàn)，不同類型的腦細胞在染色質(zhì)和 RNA 之間的相互作用模式上有所不同。有趣的是，具有較少短程染色質(zhì)相互作用的細胞往往顯示出衰老和阿爾茨海默病的跡象。

“借助這種變革性的單細胞技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)一些腦細胞的‘年齡’比其他細胞更大，”鐘聲說道。值得注意的是，他解釋說，與健康個體相比，患有阿爾茨海默病的人具有更高比例的這些老化腦細胞。

研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于開發(fā)新的阿爾茨海默病治療方法。

“如果我們能夠識別出這些老化細胞中的失調(diào)基因，并了解它們在局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中的功能，我們就能夠確定新的潛在治療靶點，”本研究的第一作者、鐘教授實驗室的生物信息學(xué)博士候選人 Xingzhao Wen 說道。

該研究還揭示了腦細胞衰老的性別特異性差異。在雌性小鼠的大腦皮層中，研究人員發(fā)現(xiàn)老化的少突膠質(zhì)細胞與老化神經(jīng)元的比例更高。少突膠質(zhì)細胞是一種為神經(jīng)元提供保護層的腦細胞。鑒于它們在維持正常大腦功能中的關(guān)鍵作用，老化少突膠質(zhì)細胞的增加可能會加劇認知能力下降。

“女性大腦皮層中老化少突膠質(zhì)細胞的不成比例存在，可能為女性中觀察到的神經(jīng)退行性疾病和精神障礙風(fēng)險的增加提供了新的見解，” Wen 說道。

接下來，研究人員將致力于進一步優(yōu)化 MUSIC 技術(shù)，以便使用它來確定導(dǎo)致特定腦細胞加速衰老的因素——如調(diào)節(jié)基因和基因回路。“隨后，我們將制定策略來抑制這些基因或回路的活性，以期減緩大腦衰老，”鐘聲說道。

創(chuàng)立于1960年的加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校

參考文獻

Source：University of California San Diego

'MUSIC map' reveals some brain cells age faster and are more prevalent in Alzheimer's

Reference：

Wen, X., Luo, Z., Zhao, W. et al. Single-cell multiplex chromatin and RNA interactions in ageing human brain. Nature 628, 648–656 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07239-w

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       原文標題 : “MUSIC圖譜”揭示了部分腦細胞衰老速度更快，在阿爾茨海默病患者中更為普遍