科学网—科学家发现大脑可能在50到75岁之间进入一个新的生物学阶段
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2026-8-3 14:06
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科学家发现大脑可能在50到75岁之间进入一个新的生物学阶段
据美国纽约基因组中心(NEW YORK GENOME CENTER)2026年8月2日报道()，在中年和老年之间，脑细胞在炎症和基因调控方面发生了意想不到的变化。研究结果表明，大脑衰老可能是一个积极的生物重塑过程，而不是一个简单的、渐进的下降过程。
一项单细胞研究揭示了衰老的人类海马体内免疫细胞、基因组组织和基因调控的重大变化，为大脑衰老和与年龄相关的痴呆症提供了重要见解。
大约在50岁到75岁之间，人类海马体的细胞景观开始发生变化。免疫细胞发生变化，基因组的物理组织减弱，基因调控模式在多种细胞类型中重塑。
这些广泛的变化始于中年，可能有助于解释为什么衰老是神经退行性疾病的最强危险因素，例如老年痴呆症疾病。
为了追踪这一过程，研究人员分析了成年期收集的人类海马组织中的单个细胞。海马体是大脑中对学习和记忆至关重要的区域。他们使用先进的单细胞方法，绘制了基因调控和三维基因组结构，对这些特征如何随着人脑年龄的增长而变化进行了迄今为止最详细的描述之一。研究人员利用人工智能可以分析遗传数据来估计您患某些疾病的风险。
中年带来了重大的免疫转变
最明显的转变出现在小胶质细胞中，小胶质细胞是帮助维持和保护大脑的免疫细胞。在大约50至75岁之间，胚胎发育过程中形成的小胶质细胞急剧下降。取而代之的是，研究人员检测到分子特征与血液中循环的免疫细胞相似的细胞。
这种转变挑战了长期以来的假设，即出生前建立的小胶质细胞会在一个人的一生中留在大脑中。替代的小胶质细胞样细胞也携带更强的炎症特征，这增加了它们导致与大脑衰老相关的持续神经炎症的可能性。
分析揭示了另一个重大损失。参与维持血脑屏障的细胞群大幅下降。这种保护性边界有助于防止血液中的有害物质进入脑组织。相关研究结果已经在《科学》(Science)杂志发表——Reference: “Epigenetic and 3D genome reprogramming during the aging of the human hippocampus” by Nathan R. Zemke, Seoyeon Lee, Sainath Mamde, Bing Yang, Nicole Berchtold, B. Maximiliano Garduño, Hannah S. Indralingam, Weronika M. Bartosik, Pik Ki Lau, Keyi Dong, Emily Hsu, Amanda Yang, Yasmine Tani, Chumo Chen, Qiurui Zeng, Varun Ajith, Liqi Tong, Chanrung Seng, Daofeng Li, Ting Wang, Jingtian Zhou, Joseph R. Ecker, Christopher K. Glass, Carl W. Cotman, Xiangmin Xu and Bing Ren, 23 July 2026, Science.
DOI: 10.1126/science.adt8307.
“小胶质细胞对于维持大脑稳态至关重要，”该研究的通讯作者、纽约基因组中心的科学主任兼首席执行官、哥伦比亚大学(Columbia University)遗传学与发育、生物化学与分子生物物理学和系统生物学教授、哥伦比亚大学Vagelos基础生物医学科学研究所副所长{Vagelos Institute for Basic Biomedical Science (Vagelos Institute) in VP&S, Columbia University}任冰(Bing Ren音译)博士说： “当这些细胞无法履行其日常职责时，有毒物质会积聚，从而引发可能导致神经退行性疾病的炎症过程。”
基因组组织随着年龄的增长而减弱
这些变化超出了免疫和血管细胞的范围。研究人员发现，在几种类型的脑细胞中，基因组的三维结构逐渐变得不那么有序。
脱氧核糖核酸不会以松散的链状储存在细胞核内。它折叠成一个精心排列的结构，有助于确定细胞可以使用哪些基因。这种结构的广泛侵蚀表明，基因组组织的衰退可能是大脑衰老的一个基本特征。
加州大学圣地亚哥分校表观基因组学中心（Center for Epigenomics at UC San Diego）单细胞基因组学主任Nathan Zemke说：“这项工作代表着在理解衰老如何重塑脑细胞中的人类基因组方面迈出了重要一步。这些发现表明，迫切需要研究基因调控和基因组组织，以获得对衰老过程的机械理解。”
结果表明，大脑衰老涉及的不仅仅是缓慢积累的损伤。相反，随着人们年龄的增长，免疫、血管和神经元系统似乎会经历协调的变化。
“重要的是，这项研究表明，衰老不仅仅是一种逐渐衰退，还涉及免疫、血管和神经元系统的协调和动态重塑。这些发现为确定新的治疗靶点打开了大门，这些靶点旨在在整个生命周期内保持回路完整性和大脑功能，”加州大学欧文分校神经回路图中心(Center for Neural Circuit Mapping at the University of California, Irvine)主任、教授徐向民(Xiangmin Xu音译)博士说，他也是该研究的合著者。
更广泛的基因组变化图
该研究是由美国国立卫生研究院的4D Nucleome（4DN）共同基金计划{National Institutes of Health’s 4D Nucleome (4DN) Common Fund program}资助。这项为期十年的计划旨在绘制基因组结构在空间和时间上的变化。
从2015年到2025年，该计划联合了来自美国各地的跨学科研究小组，研究基因组的空间排列如何影响生物活动。任冰还担任了《科学》(Science)杂志其他三篇论文的共同通讯作者或合著者， 这些都是研究不同细胞类型和时间尺度的基因组结构的论文。
这些研究共同为研究人员研究基因组组织的失败与发育、衰老和疾病（包括神经退行性疾病）的关系提供了广泛的资源。
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