南加州大学干细胞研究揭示神经干细胞迅速衰老的原因

南加州大学凯克医学院的研究人员首次研究了Abl1基因在神经干细胞(NSC)生物学中的作用和认知能力下降的影响。在一种药物阻止Abl1基因的活性后，NSCs开始在海马体(大脑中负责学习和记忆的部分)中分裂和增殖。

　　

 

   

图片:年轻(绿色)和年老(红色)小鼠大脑中的神经干细胞克隆。

图片来源:阿比娜·伊布拉耶娃/Bonaguidi实验室

由南加州大学干细胞科学家Michael Bonaguidi博士领导的研究小组发表在《细胞干细胞》上的一项新研究表明，神经干细胞——神经系统的干细胞——衰老速度很快。

南加州大学凯克医学院(Keck School of Medicine of USC)干细胞生物学和再生医学、老年学和生物医学工程助理教授博纳吉蒂(Bonaguidi)说:“有按时间顺序衰老和生物学衰老，它们不是一回事。”“我们感兴趣的是神经干细胞的生物学衰老，它们在时间的破坏下尤其脆弱。这意味着随着年龄的增长，我们大多数人都会经历正常的认知能力下降，以及痴呆、阿尔茨海默氏症、癫痫和脑损伤。”

在这项研究中，第一作者、南加州大学伊莱和埃迪斯布罗德再生医学和干细胞研究中心Bonaguidi实验室的博士生阿尔比纳·伊布拉耶娃(Albina Ibrayeva)与她的同事们一起观察了年轻、中年和老年小鼠的大脑。

通过几个月的追踪单个神经干细胞(简称NSCs)，他们发现“短期NSCs”能迅速分化成更特化的神经元，“长期NSCs”不断分裂和复制自己，以维持持续的干细胞储备，并有能力在大脑中产生多种不同类型的细胞。这一关键的长期NSCs群体在小鼠衰老过程中分裂更少，也无法维持其数量。

科学家们接着检查了长期NSCs中的数千个基因，这些基因分裂的频率较低，已经滑入一种被称为静止的不活跃状态。静止NSCs的基因活性在年轻和中年动物中差异很大。正如预期的那样，控制NSCs分裂时间以及产生新的神经元和其他脑细胞的基因发生了变化。值得注意的是，与生物学衰老相关的基因活性在年轻时发生了许多重要的变化。这些促衰老基因使细胞更难修复DNA受损、调节基因活动、控制炎症和应对其他压力。

在促进衰老的基因中，科学家们最感兴趣的是Abl1，它形成了一个相互关联的基因网络的中心。

“我们对Abl1基因很感兴趣，因为没有人研究过它在神经干细胞生物学中的作用——无论是在发育还是在衰老，”Ibrayeva说。

使用fda批准的现有化疗药物伊马替尼，科学家可以很容易地抑制Abl1基因的活性。科学家们给年长的老鼠注射了6天剂量的伊马替尼。在药物阻断Abl1基因的活性后，NSCs开始在大脑中负责学习和记忆的海马区分裂和增殖。

博纳吉蒂说:“我们已经成功地让神经干细胞在不消耗能量的情况下更多地分裂，这是第一步。”“第二步是诱导这些干细胞制造更多的神经元。第三步是证明这些额外的神经元确实能改善学习和记忆。还有很多工作要做，但这项研究标志着我们朝着确定处方药可以随着年龄增长恢复大脑活力的目标取得了令人兴奋的进展。”

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