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美国哥伦比亚大学医学中心研究人员发现一个常见的遗传变异,它会大幅加速老年人大脑老化速度,并可能增加神经退行性疾病的患病风险。相关研究3月15日在线刊发在《细胞系统》杂志上。

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人们的生活比以往任何时候都长,但大脑健康却没有跟上。为了解决这一关键问题,一组研究人员提出了一种研究与年龄相关的认知能力下降的新模型

在现实生活中,有的老年人看起来会比同龄人更显苍老,有的人则更显年轻,这种老化差异在人的大脑额叶皮层同样存在。额叶皮层是大脑高级认知中枢,在推理认知等大脑高级功能中起着关键作用,其老化差异对老年人行为影响明显。

新加坡,2019年7月7日 - 随着时间的推移,大脑内的功能区域在老年人中变得不那么明显和相互联系,特别是在那些与注意力和认知有关的网络中。这项发现由Duke-NUS医学院的神经科学杂志的研究人员发表,增加了目前对与衰老相关的脑网络完整性纵向下降的认识。

  • 一种针对个人而定制的模型。

此次研究中,研究人员分析了1900多名死者尸检大脑样本的遗传数据。他们通过分析这些人的转录组,绘制出给定年龄段的大脑生物学标准图像,然后比较个体转录组与同龄群体标准转录组的差异,从而看出一个人的额叶皮层是比同龄人老还是年轻。

我们目前生活在一个快速老龄化的社会中,该研究的通讯作者,副教授Juan Helen Zhou说,他是杜克 - 新加坡国立大学神经科学和行为障碍项目的神经科学家。与横断面研究相比,了解大脑随时间变化是健康和病理老化的基础至关重要,以便为缓解认知衰老的努力提供信息。

亚利桑那大学心理学系教授兼教授Lee Ryan表示,对于老龄化大脑健康问题,没有一种万能的方法。许多研究已经研究了可能导致认知能力下降的个体风险因素,如慢性压力和心血管疾病。然而,这些因素可能会以不同的方式影响不同的人,这取决于其他变量,如遗传和生活方式,Ryan说。

随后,研究人员对每个人的基因组进行了分析,寻找与衰老相关的遗传变异。他们发现,一个名为TMEM106B的基因变异与大脑衰老关系密切。该基因变异比较普遍,有三分之一的人会有两个变异副本。研究人员指出,一个人到了65岁左右,TMEM106B基因变异就开始发挥作用,有两个“劣质”副本的人,其额叶皮层的老化程度会超出拥有正常基因副本的人12年。

人类大脑包含功能隔离的神经网络,具有密集的内部连接和稀疏的互连。衰老被认为与这些脑网络的功能特化和分离减少有关。

在发表在衰老神经科学前沿杂志上的一篇新论文中,瑞安和她的合着者主张采用更加个性化的方法,借鉴精准医学的原则,努力更好地理解,预防和治疗与年龄相关的认知能力下降。

此外,研究人员在颗粒体蛋白前体基因内还发现了另一个与大脑衰老有关的基因变异,但其作用不如TMEM106B基因大。颗粒体蛋白和TMEM106B位于不同的染色体上,但参与相同的信号传导途径,两者都与罕见的神经变性疾病额颞痴呆相关。

联合资深作者周副教授和杜克 - 新加坡国立大学认知神经科学中心主任Michael Chee教授领导研究团队,从57名健康年轻人的队列中收集神经心理学评估和功能磁共振成像(fMRI)脑部扫描数据和72名健康的老年新加坡人。在长达四年的时间内,每位老年参与者被扫描两到三次。神经心理学评估测试了参与者快速处理信息,集中注意力,记住口头和视觉空间信息以及计划和执行任务的能力。fMRI扫描基于随时间的低频血氧水平波动来测量脑区域如何功能性连接。

老龄化非常复杂,大部分研究都集中在一次衰老的一个方面,瑞恩说。我们要做的是采取精准医学的基本概念,并将其应用于理解衰老和老化的大脑。每个人都不同,并且有不同的轨迹。每个人都有不同的风险因素和不同的环境背景,并且在最上面分层这就是遗传学中的个体差异。你必须把所有这些东西放在一起,以预测谁将要走哪条路。老化不仅仅是一种方式。

该研究虽然并没有确认这两种变异对神经退行性疾病的作用,但研究人员指出,个体基因会增加神经退行性疾病的风险,不过并不是主要致病因素,衰老才是神经退行性疾病的最主要风险因素。因此,找到与大脑老化有关的基因变异或可作为预防或治疗与年龄相关脑疾病的新标靶。

Joanna Chong博士是该论文的第一作者,也是来自杜克新加坡国立大学副校长的实验室博士毕业生,他开发了将fMRI图像转换成图形表示的方法,描述了每个人大脑的网络间和网络内连通性。然后,她比较了年轻人和老年人以及老年人的脑功能网络差异。

虽然大多数老年人 - 大约85% - 在其一生中不会经历阿尔茨海默病,但某种程度的认知下降被认为是衰老的正常部分。瑞恩说,大多数60岁或以上的人都会出现一些认知障碍。

该团队跟踪影响特定认知能力的大脑功能网络的变化,例如面向目标的思想和行动,以及选择集中注意力的位置。随着年龄的增长,与认知相关的这些网络在信息传递方面效率较低,更容易受到干扰,并且不那么独特。

Ryan和她的合着者写道,这不仅威胁到老年人的生活质量,还会产生社会经济后果,医疗保健费用达数千亿美元,工作场所的生产力也会下降。

总的来说,我们的研究推动了对大脑网络随时间变化的理解,以及健康老龄化中潜在的认知衰退,周副教授说。这可以促进未来的工作,以识别有老化相关疾病风险的老年人或确定可以保持认知功能的策略。

研究人员有一个崇高的目标:在整个成年期内保持大脑健康成为可能,而今天美国的平均寿命略高于78岁。

杜克新加坡国立大学研究部高级副院长Patrick Casey教授在评论这项研究时表示,衰老是人类各种慢性疾病的重要危险因素,包括神经退行性疾病和脑血管疾病。世界各国政府都关注公众人口日益老龄化对健康的影响。这样的基础研究在告知我们的生活更长寿的过程中帮助我们保持健康的努力方面起着至关重要的作用。

在他们的论文中,Ryan和她的合着者提出了一个精确老化模型,旨在成为指导未来研究的起点。它主要侧重于三个领域:广泛的风险类别;大脑司机;和遗传变异。与年龄相关的认知衰退的风险类别的一个例子是心血管健康,其一直与大脑健康有关。更广泛的风险类别包括几个个体风险因素,如肥胖,糖尿病和高血压。

研究人员的目的是接下来研究各种因素,如遗传和心血管风险,如何影响大脑网络中与衰老相关的变化。通过研究更多的健康年轻人,中年人和老年人,他们希望开发更好的方法来预测认知能力的下降。

然后,该模型考虑大脑驱动因素,或类别中的个体风险因素实际影响大脑的生物学机制。Ryan说,这是一个现有研究特别有限的领域。

最后,该模型着眼于遗传变异,可以增加或减少一个人与年龄相关的认知能力下降的风险。瑞恩说,尽管人们尽最大努力过健康的生活方式,但基因确实会影响到这个等式,并且不容忽视。例如,有些基因可以防止或使人更容易患糖尿病,有时候不管他们的饮食选择如何。

虽然精确衰老模型正在进行中,但Ryan及其合作者认为,考虑到风险类别,脑驱动因素和遗传变异的组合是更好地了解与年龄相关的认知衰退以及如何最好地干预不同患者的关键。

Ryan想象一个未来,你可以去医生的办公室,把你所有的健康和生活方式信息都放到一个应用程序中,然后帮助医疗保健专业人员指导你在个人化的道路上保持大脑健康。她说,我们可能还没有,但对于与年龄相关的认知衰退的研究继续进行是非常重要的,因为健康和技术的进步有可能进一步延长寿命。

在这十年中出生的孩子可能有50%的机会活到100岁,瑞恩说。我们希望研究界能够集体停止将衰老视为一个单一的过程,并认识到它是复杂的而不是一刀切的。要真正推动研究,你需要采取个性化的方法。