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大腦發育和衰老研究新進展

日期:2010-07-21 09:13:24

大腦在生命的早期階段經歷了快速的生長和發育,接著,當人們進入老齡之后,大腦開始退化;然而,人們對區別大腦發育和衰老的生物學過程卻所知甚少。 在今天發表的網絡版Genome Research 的一篇報道中,研究人員發現了在年輕和衰老的大腦的變化之間發生的一種基因調控聯系。

大腦在生命早期的年歲中發生了急劇的生長和變化,其中有些發育過程會一直延伸到成年期。 在生命后期的歲月中,大腦經歷了破壞性的變化,例如腦容量的下降、突觸的喪失及認知力的衰退。 盡管大腦的發育和衰老是人們高強度研究的領域,但傳統上,它們是被分開研究的。人們對這兩種過程之中的界線所知甚少。

大腦發育的基礎是復雜而且協調的基因調控的過程。上海生命科學研究院的博士后研究人員Mehmet Somel說:“在發育的時候,許多基因被諸如轉錄因子和微RNA等調控因子打開及關上。問題是,這些所有這些調節過程一旦進入成年期的時候是否都已停止了,或是它們在衰老的過程中依然活躍?”

Somel及其一個國際性的研究團隊通過檢查在人與恒河猴的一生中其前額皮層中的信使RNA(mRNA)、微RNA及蛋白表達的變化來解答這個問題。 人們認為,前額皮層參與了諸如復雜行為、人格及決策等功能。

該研究團隊發現,在前額皮層中的獨特的基因調節模式在成熟之后不會停止,相反,這一過程會持續進入老年。這是一個在許多不同的功能過程中都觀察到的現象。 一個特別突出的例子是與神經元功能有關的基因的下調。

以往的研究工作顯示,神經元基因隨著年齡的增長會逐漸喪失其活性,這歸因于在一生的時間中在神經元細胞中所積累的損害。Somel及其同事顯示,這一過程可在早至3到4歲的時候就已經開始,從而提示,這些變化可能是持續深入老年之后的正常的發育調控。 盡管這些調控在發育的時候可能是有益的,但在老年的時候,這些基因調控的繼續(或稱“失控的”發育)進行可能就會變得有害了。 有趣的是,他們發現,該失控的神經元發育在恒河猴中得到了保留,但其是以一種加快的速度發生的。 由于在恒河猴中,該調控過程進展速度要快得多,文章的作者提出,這可能是使恒河猴壽命受到限制的一個重要的促成因子。恒河猴的壽命只有人類的約三分之一。

文章的作者提醒道,衰老是一個由許多促成因子造成的非常復雜的過程,但他們解釋說,他們的工作提示,失控的發育可能是與老化有關的衰退的一個重要的促成因子。

為什么進化沒有消除這一可能是有害的過程呢?上海生命科學研究院的Philipp Khaitovich是本研究的資深作者。他解釋說,在老年的時候所經歷的有害的影響可貫穿性地擴散并在人群中固定,特別是當這些效應在生命的早期是有益的。

Khaitovich說:“從進化上來說,物種的繁殖是被最優化的以保證其下一代的生存。實際上,長壽阻止了基因對變化環境的快速適應。”

Khaitovich補充說,隨著他們現在開始了解這一進化特征的生物學后果,研究人員可能會發現將物種從早期繁殖到個體長壽及增進在老年時健康的平衡進行轉變的方法。


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