少吃真能冻龄大脑!华裔科学家通过先进测量确证

这项研究利用先进的单细胞和空间转录组学技术,全面揭示了热量限制如何从细胞和分子层面延缓小鼠大脑衰老。研究发现,限制热量能有效抑制脑部炎症、保护珍贵的神经干细胞,并逆转与衰老相关的基因表达变化,从而提供神经保护作用。

最新一篇来自《Cell》顶级期刊的最新研究,这篇文章可不是什么野路子,是来自大牛实验室的成果,专门研究了“限制热量摄入”这个老生常谈的秘诀,到底是怎么给咱们的脑子续命的!

认识一下这篇硬核研究的“天团”
这篇文章的作者们:由华人科学家周巍(Wei Zhou)和曹俊越(Junyue Cao)领衔,第一作者是张泽浩(Zehao Zhang)、亚历山大·爱泼斯坦(Alexander Epstein)和克洛伊·谢弗(Chloe Schaefer)。

周巍和曹俊越都是单细胞测序和空间基因组学的大牛,他们的实验室一直专注于用最前沿的技术解析生命过程的细胞和分子机制。他们都是洛克菲勒大学的大佬,是实验室的核心人物,他们专攻单细胞基因组学和群体动态学,通俗点说,就是能把咱们身体里成千上万个细胞的活动看得一清二楚,像给每个细胞装上了监控摄像头一样,牛不牛?

特别是曹俊越老师是单细胞基因组学领域的天才级人物,他带领的实验室专门开发高通量的测序技术,之前就搞出了EasySci和IRISeq这两种超厉害的方法,能一次性分析几十万甚至上百万个细胞,效率比传统方法高出好几个数量级。这次他们就是用自己的技术,给小鼠的大脑做了个从年轻到老年的全程高清纪录片!

这篇研究能发表在《细胞报告》这样的顶级期刊,足以证明其分量和严谨性。

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00936-2

减肥=脑子变年轻?这是真的!
咱们都知道人老了脑子会变慢,容易得阿尔茨海默病这类神经退行性疾病。但神奇的是,从虫子、老鼠到猴子,几乎所有动物只要少吃一点(科学上叫“热量限制”),不但活得更久,连脑子都更好使!可是这背后的细胞和分子机制一直是个谜——到底少吃是怎么影响大脑里几百种细胞、十几个脑区的?哪些细胞最受益?哪些基因被“救”回来了?

这项研究就是通过对小鼠大脑进行史无前例的超高分辨率分析,发现了限制热量(Caloric Restriction,简称CR)对大脑衰老产生的惊人影响。

研究人员们动用了两种高科技手段:

  1. 一个叫EasySci的单核测序技术,可以高效测序几十万个细胞;
  2. 另一个叫IRISeq的空间转录组技术,不用光学成像就能重建基因表达的空间位置。

他们分析了36只小鼠的大脑,涵盖了12个月、18个月和24个月三个年龄点,每组一半随便吃(ad libitum),另一半从4个月大开始就只吃60%的食物(热量限制组)。此外,他们还用IRISeq对24个月大的小鼠脑切片进行了空间转录组分析,总共拿到了超过65,000个空间位点的数据。

简单来说,他们就是从超过36只小鼠的大脑里,分析了超过50万个细胞,绘制了一个无比详细的“大脑衰老与热量限制地图”。

结果超级震撼!

首先,他们发现随着年龄增长:

  • 大脑里炎症相关的胶质细胞(比如疾病相关小胶质细胞DAM和疾病相关少突胶质细胞DAO)会越来越多,
  • 而负责神经发生(新生神经元)的干细胞和前体细胞则越来越少。
  • 血管相关细胞也减少了,意味着血脑屏障功能可能变差了。
这些变化在随便吃的小鼠里非常明显,但在热量限制组里却大幅减缓!

更细致地说,热量限制不仅在24个月时“救回”了324个衰老相关基因的表达(这些基因本来在衰老时表达异常,但少吃让它们恢复年轻状态),还逆转了12种衰老相关细胞亚群的比例变化。比如那些炎症细胞(DAM和DAO)在热量限制组里扩增得少得多,而血管细胞和神经干细胞则保留得更好。

空间分析还发现,热量限制的效果有很强的区域特异性。脑室区和白质区变化最大,这些区域也是神经发生和髓鞘维持的关键区域。下丘脑中一些调控代谢的基因(如Hert和Npy)在热量限制后明显上调,而多个脑区中衰老相关基因(如Cdkn1a)则一致下调。此外,热量限制还上调了与髓鞘形成和昼夜节律相关的基因,表明它可能通过多机制协同抗衰。

研究人员还特别关注了神经发生过程。他们发现,随便吃的小鼠在12个月时神经干细胞和神经母细胞就已经很少了,但热量限制组在这些细胞的数目上分别多了1.8倍和5倍!机制上,热量限制促进了细胞增殖相关基因(如Top2a和Egfr)的表达,同时抑制了分化相关通路,从而扩大了前体细胞池。

不过,热量限制并不能完全阻止神经发生的衰退,到18和24个月时这些细胞还是减少了——这说明抗衰老干预要趁早!

最后,团队还用了一个叫做SenMayo的衰老基因集来评估细胞衰老程度。果然,在大多数细胞类型中,衰老评分随年龄上升,而热量限制则显著降低了小胶质细胞和少突胶质细胞的衰老水平,尤其是疾病相关小胶质细胞(DAM)贡献了最主要的衰老信号。

划重点!限制热量是如何拯救你的大脑的?

这项研究的发现,简直是给所有想保持年轻的家人们打了一剂强心针。我给你们总结几个核心亮点,都是干货中的干货:

  1. 炎症细胞被“镇压”! 随着年龄增长,大脑里会冒出一种叫“胶质细胞”的炎症细胞,这些家伙会引发脑部炎症,让大脑功能下降。但是研究发现,热量限制就像给大脑请了一个特种兵,能够有效抑制这些炎症细胞的扩张,让大脑保持“冷静”和“健康”状态。3 这就解释了为什么热量限制能对抗神经退行性疾病,比如老年痴呆。
  2. “大脑干细胞”被拯救! 咱们大脑里有一种特别珍贵的“神经干细胞”,它们就像大脑的“储备军”,可以分化成新的神经元,帮助我们学习和记忆。可惜的是,随着年龄的增长,这支“储备军”会不断减少。但是,热量限制就像给这支队伍注入了强心剂,它能有效地保护这些神经干细胞,让它们在大脑里待得更久,保持活力。4 这意味着,热量限制能够延迟大脑功能下降,保持你的思维敏捷。
  3. “衰老基因”被关闭! 咱们身体里有些基因是专门加速衰老的,它们会引发细胞应激、炎症和DNA损伤等问题。研究发现,热量限制竟然能精准地“关闭”这些“衰老基因”的表达,让细胞衰老的速度大大减慢。5 这可不是小事,这意味着热量限制是从基因层面来延缓衰老的,效果可以说是釜底抽薪,直接从根源上解决问题。
  4. 大脑功能“修复”! 除了抑制衰老,热量限制还能修复一些受损的大脑功能。它能恢复那些与认知、髓鞘维护和昼夜节律相关的基因表达,让你的大脑功能更接近年轻时的状态。6

结论!别再为“少吃”而纠结了!

总而言之,这项研究用最顶尖的科学数据,为我们揭示了热量限制如何从分子和细胞层面保护大脑,对抗衰老。

它不仅仅是让你体型更好,更重要的是,它能让你的大脑更年轻、更健康,让你在未来拥有更好的认知功能和记忆力。