科学网—50-75岁期间大脑免疫重塑《科学》
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2026-8-3 08:41
| 系统分类: 海外观察
50-75岁期间大脑免疫重塑《科学》
人从中年步入老年的过程中，脑细胞的炎症状态与基因调控会发生显著变化。该研究结果表明，大脑衰老并非简单、渐进式机能衰退，而是一种主动发生的生物重塑过程。
一项单细胞研究揭示，人类海马体在衰老过程中，免疫细胞、基因组空间结构与基因调控模式均会发生重大改变，为大脑衰老以及年龄相关性痴呆相关研究提供了重要依据。
人大约 50至75岁期间，海马体细胞微环境开始发生转变：免疫细胞出现更替，基因组空间有序性下降，多种细胞的基因调控模式被重塑。
这类全身性细胞变化始于中年阶段，这或许能够解释为何年龄增长是阿尔茨海默病等神经退行性疾病最主要的高危因素。
为厘清这一衰老过程，研究人员采集不同成年年龄段的人类海马组织，对单个细胞展开分析。海马是大脑中负责学习与记忆的关键区域。团队借助先进单细胞技术，绘制出基因调控与基因组三维空间结构图谱，形成目前人类大脑衰老相关最为详尽的研究成果之一。
配图说明
基因风险分析艺术示意图
中年阶段出现免疫体系重大转变
变化最显著的是小胶质细胞 ——负责维持、保护大脑的免疫细胞。在人50至75岁区间，胚胎发育阶段形成的原生小胶质细胞数量大幅减少；研究人员同时检测到一类分子特征与外周循环血细胞相似的新型免疫细胞取而代之。
这一细胞更替现象颠覆了长期以来的固有认知：学界曾认为胚胎期形成的小胶质细胞会终身留存于大脑。而这类替代型类小胶质细胞携带更强炎症相关分子特征，提示其可能参与诱发伴随大脑衰老的持续性神经炎症。
配图说明
衰老过程中小胶质细胞种群变化示意图
分析还发现另一项关键衰退现象：维持血脑屏障的细胞群数量大幅下降。血脑屏障是一道保护性屏障，可阻挡血液中的有害物质侵入脑组织。
本论文通讯作者、纽约基因组中心科学主任兼首席执行官，哥伦比亚大学遗传学、发育学、生物化学与分子生物物理学、系统生物学教授，哥伦比亚瓦格洛斯基础生物医学研究所副所长宾 ·任博士表示：“小胶质细胞是维持大脑稳态的核心。一旦这类细胞无法完成‘日常维护工作’，毒性物质就会堆积，进而诱发炎症反应，助推神经退行性疾病发生。”
基因组空间结构随衰老逐步瓦解
除免疫细胞、血管相关细胞外，多种脑细胞均出现基因组有序性持续下降的特征。
DNA并非以松散链状存于细胞核内，而是通过精密折叠形成有序空间结构，以此决定细胞内基因的启用与关闭。全脑细胞普遍出现基因组结构崩坏，说明基因组有序性衰退是大脑衰老的核心特征之一。
加州大学圣地亚哥分校表观基因组中心单细胞基因组学主管内森 ·泽姆克表示：“该研究极大推进了学界对衰老重塑人脑细胞基因组机制的认知。研究结果证明，想要从分子机理层面解析衰老，必须同步研究基因调控与基因组三维结构。”
研究结果表明，大脑衰老不只是损伤缓慢累积的过程；随着年龄增长，免疫、血管、神经元三大系统会同步发生协同性改变。
本论文共同通讯作者、加州大学欧文分校校长讲席教授、神经环路图谱中心主任徐向民博士指出： “该研究最重要的发现是，衰老绝非单纯渐进式机能损耗，而是免疫、血管、神经元系统协同、动态重塑的过程。这些成果为研发全新治疗靶点开辟了道路，有望实现终身保护大脑神经环路完整与脑功能。”
覆盖更广的基因组动态图谱
该研究是美国国立卫生研究院 “四维基因组（4DN）公共基金项目”刊发于《科学》杂志的六篇系列论文之一。这项为期十年的研究计划旨在绘制基因组空间结构随时空动态变化的完整图谱。
2015至2025年间，该项目汇聚全美多学科研究团队，探究基因组空间排布如何调控各类生命活动。宾·任博士同时担任另外三篇《科学》论文的通讯作者或共同作者，三篇文章分别围绕不同细胞类型、不同时间尺度下的基因组空间结构展开研究。
系列论文共同构建了一套完整研究资源库，可供科研人员探究基因组结构紊乱与人体发育、衰老及疾病（含各类神经退行性疾病）之间的内在关联。
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