二甲双胍重塑线粒体代谢:修复神经髓鞘 增强脑细胞功能


最近,一种被糖尿病患者吃了快一百年的老药——二甲双胍,突然在神经科学圈炸了锅。它不再只是控制血糖的“后勤兵”,而是被发现可能拥有“逆龄”大脑、修复神经损伤的神奇潜力。这事儿听起来像科幻,但一篇刚发表在《自然·通讯》上的重磅研究,用扎实的数据告诉我们:这可能不是梦。

研究的主角是大脑里一种叫少突胶质细胞的“电工”。它们负责给神经元的“电线”——也就是轴突——包上一层厚厚的“绝缘层”,学名叫髓鞘。

这层髓鞘至关重要,它能让神经信号像坐高铁一样飞速传递。但在多发性硬化症(MS)这类疾病里,这层绝缘层会被免疫系统错误攻击,导致信号传输中断,患者会出现视力模糊、肢体无力、行走困难等症状。

更麻烦的是,随着年龄增长,负责修复髓鞘的“少突胶质前体细胞”(OPC)会变得“懒惰”和“衰老”,自我更新和分化成新“电工”的能力大大下降,导致损伤无法有效修复。

2019年,剑桥大学的团队在小鼠身上做了一个惊人发现:给衰老的老鼠吃二甲双胍,竟能让那些“老态龙钟”的OPC细胞“返老还童”,重新焕发活力,高效地分化成新的少突胶质细胞,从而促进髓鞘再生。这个发现立刻让二甲双胍成了治疗MS的希望之星,全球多个临床试验随即展开。

但问题来了:老鼠身上的神效,能在人身上复制吗?毕竟,人类和老鼠的细胞差异不小,直接把动物实验的结果套用在人身上,无异于赌博。

正是为了解开这个谜团,爱丁堡大学的安娜·威廉姆斯教授团队接过接力棒,把研究的聚光灯从老鼠精准地打在了人类细胞上。

他们没有简单地在培养皿里养点人细胞就下结论,而是玩了一套“组合拳”,用了三种不同的人类细胞模型:最基础的单层培养、更复杂的脑类器官,以及最高级的“人鼠嵌合体”模型——把人类干细胞来源的OPC移植到免疫缺陷的“抖鼠”(天生无法产生髓鞘的小鼠)大脑里。

这套组合拳的目的,就是要看看哪种模型最能模拟真实成年人大脑里的细胞状态,从而在最可靠的环境下测试二甲双胍的效果。

结果很有意思。在最简单的单层培养和脑类器官里,研究人员发现二甲双胍确实能促进人类OPC分化,增加髓鞘蛋白的产生,效果和已知的促髓鞘药物“氯马斯汀”相当。

但单细胞测序技术一上阵,真相就浮出了水面:这些在培养皿里长大的人类细胞,基因表达模式更接近胎儿时期的细胞,而不是真正成年大脑里的成熟少突胶质细胞。它们还保留着一些干细胞的“胎记”,比如SOX2蛋白。这说明,简单的体外培养环境,无法让细胞完全成熟,研究结果的参考价值有限。

真正的突破发生在“人鼠嵌合体”模型里。当人类OPC被移植到小鼠大脑的真实环境中后,单细胞测序显示,这些细胞的基因表达谱与成年人类大脑和脊髓中的少突胶质细胞最为相似。

这意味着,只有在活体大脑复杂的信号网络“孵化”下,人类细胞才能真正长成“成年人”。在这个最贴近现实的模型里,二甲双胍再次展现了它的威力:接受药物治疗的小鼠,其大脑胼胝体中被人类细胞成功髓鞘化的轴突比例显著增加,而且髓鞘变得更厚(g-ratio降低),说明修复质量更高。

那么,二甲双胍究竟是怎么“点石成金”的?

研究团队深入探究,发现它的作用核心在于“线粒体”——细胞的“能量工厂”。

电镜照片显示,无论是人类移植细胞还是小鼠自身的神经轴突,经过二甲双胍处理后,线粒体的体积都明显增大

基因测序进一步揭示,少突胶质细胞里,与线粒体呼吸链功能相关的基因(如NDUFA11、COX8A)以及调控线粒体mRNA翻译的基因(EIF1)表达水平都显著上调。

这表明,二甲双胍通过重塑线粒体的形态和功能,提升了细胞的能量代谢水平,为耗能巨大的髓鞘合成和包裹过程提供了充沛的“燃料”。

最令人振奋的是,研究人员在两位生前服用过二甲双胍的多发性硬化症患者的大脑组织中,也检测到了EIF1基因的上调。

这虽然只是极小样本的初步证据,却强烈暗示了在动物模型中观察到的机制,很可能也存在于人类患者体内。二甲双胍的作用并非只针对某一种细胞,而是对神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞等都产生了类似的代谢促进效应,这种“广谱”的神经保护作用,使其在对抗复杂神经退行性疾病时更具优势。

总而言之,这项研究不仅证实了二甲双胍能有效促进人类少突胶质细胞的功能,更重要的是,它通过严谨的模型对比,指出了未来研究必须依赖更接近生理状态的复杂系统。

它为二甲双胍用于MS等疾病的临床试验提供了坚实的科学依据。一种老药,正从代谢疾病的基石,悄然转变为神经修复领域的明日之星,这背后是科学家们对生命机制抽丝剥茧的不懈探索,也让我们对战胜神经系统顽疾的未来,多了一份笃定的期待。