歲月是把殺豬刀，曾經人們以為這把刀只會刺向增殖細胞，而不會向不再分裂的終末分化細胞出手。
作為一種終末分化的不分裂的細胞，神經元真的不會衰老嗎？既往有研究發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默?。ˋD）患者的神經元表現(xiàn)出一些類似衰老的表型，但是并未引起重視[1,2]。
近些年的研究發(fā)現(xiàn)，即使是未分化的細胞，也存在細胞衰老的特征[3]。這使得人們對神經元是否會發(fā)生衰老感到好奇，如果神經元發(fā)生衰老，那么它與神經退行性疾病之間是否有聯(lián)系呢？
近期，由索爾克生物研究所Jerome Mertens，F(xiàn)red H. Gage以及Joseph R. Herdy領銜的研究團隊在著名學術期刊《細胞·干細胞》上發(fā)表研究成果[4]，他們發(fā)現(xiàn)，AD患者的神經元表現(xiàn)出一系列衰老的特征，并且具有促炎的衰老相關分泌表型（SASP），這會引起AD的典型病理特征——星形膠質細胞增生。這也代表，神經元的衰老可能是AD的一個重要特征，或能促進AD的進展。
更為重要的是，他們的發(fā)現(xiàn)表明靶向衰老神經元的療法可能是預防或者治療AD的一種有效策略。
論文首頁截圖
為了探究神經元是否也存在衰老現(xiàn)象以及它的衰老是否與AD有關，研究團隊收集了AD患者以及認知正常人群的尸檢樣本，檢測其中衰老細胞特異性標志基因CDKN2A（編碼p16INK4a和p14ARF）的表達。
他們發(fā)現(xiàn)，在富含神經元的前額皮質區(qū)（PCx），AD患者CDKN2A mRNA水平顯著高于正常人，而在神經元密度較低的額葉白質區(qū)（FWM）則沒有顯著區(qū)別。
為了進一步探究PCx區(qū)域CDKN2A mRNA水平增加是否由于神經元上CDKN2A表達增加所致，研究團隊收集了AD患者以及正常人的PCx組織進行了免疫熒光染色。結果顯示，AD患者的p16陽性神經元比正常人更多，并且p16陽性的神經元有相互聚集的趨勢。
這些數(shù)據(jù)表明，AD患者的PCx區(qū)域衰老的神經元比例更高，且可能具有“旁觀者效應”（即衰老細胞可能會誘導周圍的細胞也發(fā)生衰老）。
AD患者大腦中衰老神經元的比例增加
接下來，研究團隊借助體外誘導神經元（iNs）探究AD患者的神經元是否具備衰老相關的轉錄組以及表觀遺傳特征。他們發(fā)現(xiàn)，相比于正常人來源的iNs，AD患者來源的iNs（以下簡稱AD iNs）會高表達衰老相關基因（CDKN2A、MMP3、CXCL8、CXCL5、CDKN1C和IL-6）。同時，ATAC-seq結果顯示，AD iNs中這些衰老相關基因的染色質開放程度顯著增加，這與其表達上調是一致的。
這些數(shù)據(jù)表明，AD患者的神經元具有衰老相關的轉錄以及表觀遺傳特征。
AD 神經元轉錄組和表觀基因組的衰老變化
上述的結果初步表明AD iNs可能具有類似AD患者神經元的衰老特征，為了更進一步確認這個發(fā)現(xiàn)，研究團隊使用毛細管蛋白質印記、免疫熒光和流式細胞術等技術手段檢測iNs中的衰老表征。
結果顯示，AD iNs中衰老標志物p16和β-半乳糖苷酶蛋白水平顯著升高，并且細胞核增大。這表明來自AD患者的iNs確實具有明顯的衰老特征。
因此研究團隊以iNs為實驗材料，使用單細胞轉錄組測序技術進一步分析衰老神經元的分子表型。結果顯示在AD iNs中，有氧呼吸、神經遞質合成等相關的基因明顯下調，而SASP相關基因有明顯的富集，這表明衰老神經元可能會觸發(fā)AD中的促炎級聯(lián)反應。
AD患者來源的iNs具有明顯的衰老特征并上調SASP相關基因表達水平
少數(shù)衰老細胞可通過旁分泌促炎性SASP分子對組織穩(wěn)態(tài)產生巨大影響，而反應性星形膠質細胞增生現(xiàn)在被廣泛認為是AD的決定性病理特征之一[5]。鑒于上述研究結果已經表明衰老的神經元上調SASP相關基因的表達，研究團隊想知道AD患者的衰老神經元是否會分泌SASP相關分子并誘導星形膠質細胞增生。
為了探究這個問題，研究團隊收集了AD患者和正常人的iNs培養(yǎng)上清，用來培養(yǎng)原代人類星形膠質細胞。結果顯示，AD iNs會引起星形膠質細胞過度激活與增殖，同時還使其具有AD患者大腦星形膠質細胞的轉錄特征。
同時，經過AD iNs培養(yǎng)上清處理的星形膠質細胞中衰老標志物的水平也有上升，表明衰老的神經元可以通過SASP引起星形膠質細胞增生與衰老。
衰老神經元通過分泌SASP相關分子誘導星形膠質細胞增生與衰老
已有的研究表明，特定的藥物組合可以清除衰老細胞。那么使用這些藥物是否能夠清除衰老的神經元呢？
研究團隊使用衰老靶向藥物組合達沙替尼和槲皮素（D+Q）處理AD患者以及正常人的iNs，發(fā)現(xiàn)D+Q可以有效清除AD iNs中的衰老神經元，將p16陽性率降低至正常人iNs同等水平。這表明使用靶向衰老細胞的藥物可以有效清除AD相關衰老神經元。
衰老神經元可以被抗衰老藥物組合去除
總的來說，這項研究成果表明，AD患者的大腦神經元衰老水平更高，并且衰老的神經元具有SASP表型，可以引起AD的典型病理——星形膠質細胞增生。更為重要的是，這項研究還表明，衰老的神經元可以被抗衰老藥物組合清除，這預示著我們或許可以通過特定藥物組合清除大腦中的衰老神經元，進而預防或減緩AD。
參考文獻：
1.Lars Ro¨ del, T.A., Gartner, U., Holzer, M., and Holzer, M. (1996). € Expression of the cyclin-dependent kinase inhibitor p16 in Alzheimer’s disease. Neuroreport 7, 3047–3050. https://doi.org/10.1097/00001756199611250-00050
2. McShea, A., Harris, P.L., Webster, K.R., Wahl, A.F., and Smith, M.A.(1997). Abnormal expression of the cell cycle regulators P16 and CDK4 in Alzheimer’s disease. Am. J. Pathol. 150, 1933–1939.
3. Paramos-de-Carvalho, D., Martins, I., Cristo′ va o, A.M., Dias, A.F., NevesSilva, D., Pereira, T., Chapela, D., Farinho, A., Jacinto, A., and Sau′ de, L (2021). Targeting senescent cells improves functional recovery after spinal cord injury. Cell Rep. 36, 109334. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109334
4. Herdy JR, Traxler L, Agarwal RK, et al. Increased post-mitotic senescence in aged human neurons is a pathological feature of Alzheimer's disease. Cell Stem Cell. 2022;29(12):1637-1652.e6. doi:10.1016/j.stem.2022.11.010
5. Farr, J.N., Fraser, D.G., Wang, H., Jaehn, K., Ogrodnik, M.B., Weivoda M.M., Drake, M.T., Tchkonia, T., LeBrasseur, N.K., Kirkland, J.L., et al (2016). Identification of Senescent Cells in the Bone Microenvironment J. Bone Miner. Res. 31, 1920–1929. https://doi.org/10.1002/jbmr.2892.
