老年大腦和年輕大腦之間的差異并不在于如此多的神經(jīng)元數(shù)量，而在于被稱(chēng)作膠質(zhì)細(xì)胞（glia）的支持細(xì)胞的存在和功能。在一項(xiàng)新的研究中，研究人員研究了年齡在16～106歲的480個(gè)人的死后大腦樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一個(gè)人的膠質(zhì)細(xì)胞的狀態(tài)在多年內(nèi)如此保持一致性以至于它能夠被用來(lái)預(yù)測(cè)其年齡。這項(xiàng)研究為更好地理解膠質(zhì)細(xì)胞在晚年的大腦疾病中所起的作用奠定基礎(chǔ)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年1月10日那期Cell Reports期刊上，論文標(biāo)題為“Major Shifts in Glial Regional Identity Are a Transcriptional Hallmark of Human Brain Aging”。

論文共同通信作者、英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)家Jernej Ule說(shuō)，“我們廣泛地描述了10個(gè)人類(lèi)大腦區(qū)域的年齡相關(guān)的基因表達(dá)變化，事實(shí)上，膠質(zhì)細(xì)胞要比神經(jīng)元經(jīng)歷更大的變化。存在相當(dāng)多的大腦區(qū)域信息。這些信息將會(huì)吸引不同人的關(guān)注，比如一些人將會(huì)注意到黑質(zhì)中發(fā)生的非常獨(dú)特的星形膠質(zhì)細(xì)胞特異性的基因表達(dá)變化模式。我們提供大量仍然需要分析的數(shù)據(jù)。”另一名論文共同通信作者是Ule的部門(mén)同事Rickie Patani。論文第一作者是Lilach Soreq。

人體存在三種類(lèi)型的膠質(zhì)細(xì)胞，每種類(lèi)型給神經(jīng)元提供不同的支持：少突膠質(zhì)細(xì)胞形成絕緣的髓鞘結(jié)構(gòu)，小膠質(zhì)細(xì)胞起著免疫細(xì)胞的作用，星形膠質(zhì)細(xì)胞輔助神經(jīng)元的代謝、解毒和其他功能。基于對(duì)人類(lèi)大腦組織樣品（主要來(lái)自英國(guó)大腦表達(dá)協(xié)會(huì)）的分析結(jié)果，研究人員證實(shí)在大腦衰老時(shí)，少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞改變它們的大腦區(qū)域（特別是海馬體和黑質(zhì)）基因表達(dá)模式，而小膠質(zhì)細(xì)胞特異性的基因表達(dá)在所有大腦區(qū)域中都會(huì)增加。

研究人員接下來(lái)對(duì)這些基因表達(dá)變化是否與大腦細(xì)胞群體中的變化相關(guān)聯(lián)進(jìn)行了初步研究。通過(guò)對(duì)來(lái)自3種年輕大腦的組織樣品和來(lái)自3種老年大腦的組織樣品進(jìn)行比較，他們發(fā)現(xiàn)在額皮質(zhì)中，少突膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量隨著年齡的增加下降了。他們進(jìn)一步確定這可能與少突膠質(zhì)細(xì)胞特異性的基因表達(dá)下降相對(duì)應(yīng)。其他類(lèi)型的膠質(zhì)細(xì)胞具有更加復(fù)雜的基因表達(dá)變化模式。

Ule說(shuō)，“我們開(kāi)發(fā)出一種非常好的機(jī)器學(xué)習(xí)程序，不得不仔細(xì)檢查成百上千種少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元以便獲得可靠的數(shù)據(jù)，但是我們想要理解基因表達(dá)下降是否在分子水平或細(xì)胞水平上發(fā)生。我們確實(shí)觀察到少突膠質(zhì)細(xì)胞消失了，但是除了最大的神經(jīng)元在數(shù)量上發(fā)生下降之外，我們并沒(méi)有看到神經(jīng)元數(shù)量發(fā)生顯著的變化。這是令人關(guān)注的，這是因?yàn)檫@些最大的神經(jīng)元通常與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)聯(lián)。”

一項(xiàng)意料之外的發(fā)現(xiàn)是在普通人群中，某些膠質(zhì)細(xì)胞基因表達(dá)模式能夠預(yù)測(cè)年齡。盡管這種分析僅能夠在人死后開(kāi)展，而且某些人并不很好地符合這些基因表達(dá)模式，但是它確實(shí)給科學(xué)家們提供一種工具來(lái)理解大腦衰老如何與年齡相關(guān)疾病的病因相關(guān)聯(lián)。研究人員的最終目標(biāo)是觀察基因突變或其他因素是否能夠以一種導(dǎo)致疾病的方式影響基因表達(dá)。