本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
衰老是自然规律。随着年龄增长,你的身体会变慢,最终你的大脑也会变慢。有些事情是逐渐发生的,有些事情是突然发生的。
对许多人来说,这可能看起来像是一个相当随机的过程。我们过去常常这样认为衰老,只是...好吧,细胞变老了,这意味着我们也变老了。DNA 复制一段时间后开始在修复中出错,错误积累起来,在整个身体层面上,整个事情就有点走下坡路了。这似乎是随机的。
但事实上,并非如此。有一些特定的蛋白质可以帮助控制这个过程。其中之一,NF-kB,在一个特定的脑区,可能确实起着非常重要的作用。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事。
Zhang 等人。“下丘脑对涉及 IKK-b、NF-κB 和 GnRH 的全身衰老的编程”《自然》,2013年。
(来源:Chalmers Butterfield)
NF-kB(全称是核因子 kappa-轻链增强子活化 B 细胞,这就是我们使用 NF-kB 的原因)是一种蛋白质复合物,它有很多作用。它是免疫系统中的一个重要的起始参与者,它有助于刺激抗体。它在记忆和应激反应中也很重要。NF-kB 被称为转录因子,它有助于控制 DNA 转录为 RNA 的过程,从而控制最终产生的蛋白质。正如您所看到的,转录因子可以有很多功能。
但在下丘脑中,NF-kB 可能具有帮助控制衰老的附加功能。下丘脑是位于大脑底部,由许多小核(神经元的进一步子区域)组成的区域。它最近在神经科学家中越来越受欢迎。过去,我们对下丘脑的兴趣主要在于它控制垂体释放激素的作用,但现在我们了解到下丘脑可以在恐惧、情绪、食物摄入、生殖,以及现在的……衰老中发挥作用。
来自阿尔伯特·爱因斯坦医学院的 Zhang 等人对 NF-kB 在小鼠衰老中起什么作用感兴趣。他们观察了用 GFP 标记 NF-kB 的小鼠(使其发出漂亮的绿色光)。
您可以在上面看到,随着小鼠变老(底部面板),NF-kB 的数量急剧增加。因此,下丘脑中 NF-kB 的增加肯定与衰老相关。
现在的问题变成了:这意味着什么?这仅仅是一种相关性吗?NF-kB 是衰老其他方面的副产品吗?或者 NF-kB 本身在衰老中起着重要作用吗?
为了研究这一点,作者使用了基因转移(使用一种无害病毒,将基因插入到您注射的小鼠基因组中),这种基因转移要么特异性地增加了下丘脑中的 NF-kB,要么特异性地减少了中年小鼠下丘脑中的 NF-kB(在这种情况下,您想使用中年小鼠,这样可以避免潜在的发育差异,而只关注衰老)。然后他们就变得简单了:他们观察了小鼠最终能活多久。
您在上面看到的是生存图,这在衰老研究和毒性研究中很常见。下降的线是在时间点(x 轴上)仍然存活的动物百分比。因此,您可以看到,对照组小鼠(红色)存活了大约 1000 天(略少于三年,老鼠!),而如果您增加 NF-kB(蓝色),它们就活不了那么久。另一方面,如果您减少 Nf-kB(绿色),动物会活得更久一点(大约长 7 个月,这对于小鼠来说是很长一段时间了)。
小鼠不仅活得更久。它们还具有更好的记忆力、更强壮的肌肉和更强韧的皮肤。因此,虽然它们仍然会衰老,但它们似乎比正常小鼠衰老得更慢。
而且不仅仅是 NF-kB。如果您减少激活 NF-kB 的 IKK-beta,您会得到类似的结果:寿命更长的小鼠。
在这里您可以看到,正常小鼠仍然存活了大约 1000 天,而没有 IKK-beta 的小鼠则活得更久。
现在的问题变成了这是如何起作用的。毕竟,NF-kB 在应激反应和炎症中起着许多不同的作用。作者决定研究 GnRH,促性腺激素释放激素,这是一种我们许多科学家通常将其与控制排卵等事物联系起来的激素。但 GnRH 还有其他功能,正如本文的作者所发现的那样,其中之一是促进成年小鼠新神经元的产生。
GnRH 在青春期和成年期释放,并且受到高水平 IKK-beta 和 NF-kB 的抑制。因此,通过研究 IKK-beta 和 NF-kB 的下游并增加 GnRH,您可能能够获得在其他实验中看到的衰老效应。
果然,将 GnRH 直接注射到下丘脑中,增加了神经发生,增加了肌肉耐力,并提高了老年小鼠的记忆能力,这与 IKK-beta 和 NF-kB 的效果非常相似(尽管他们没有检查这些小鼠是否也活得更久)。
因此,看起来 IKK-beta 刺激 NF-kB,而 NF-kB 抑制 GnRH,并且这条通路可能有助于调节寿命,以及小鼠与年龄相关的变化。这是一种展示潜在机制的好方法。这项研究提出了一个问题(NF-kB 在衰老中的作用是什么?),一个答案(较高水平的 NF-kB 促进衰老,较低水平似乎减缓衰老),然后提供了一个机制(它是如何工作的?通过 GnRH)。
现在,这不是青春之泉。所有的小鼠最终都会死亡。而且所有涉及的肽,NF-kB、IKK-beta、GnRH,在体内都有比仅仅控制衰老更多的作用,因此改变人类体内这些蛋白质的水平可能会产生远远超出预期效果的影响。但是,这仍然有很多意义。首先,当研究早衰疾病(早衰症)时,这可能很重要。我也特别关注这项研究的作者在海马神经发生(他们在给予 GnRH 时观察到的新神经元的诞生)中获得的变化。您可能知道,海马神经发生可能非常重要,不仅对记忆,而且对情绪等方面也很重要。例如,研究 NF-kB 和 GnRH 在患有严重与年龄相关的记忆丧失的人群中的作用,看看是否有可能出现新的治疗方法,这可能会很有趣。研究与年龄相关的抑郁症,以及 NF-kB 和 GnRH 如何在其中发挥作用,也可能会很有趣。
虽然这些结果还很初步(嘿嘿),但它们揭示了一个关于我们如何以及为什么变老的有趣的新研究目标。看看它如何发展将会很有趣。
注意:之前通过总是敏锐的 Ed Yong 对这项研究进行了出色的报道。
Zhang, G., Li, J., Purkayastha, S., Tang, Y., Zhang, H., Yin, Y., Li, B., Liu, G., & Cai, D. (2013)。下丘脑对涉及 IKK-β、NF-κB 和 GnRH 的全身衰老的编程 《自然》, 497 (7448), 211-216 DOI: 10.1038/nature12143