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前段时间,派派不小心划伤手指,因为十指连心,痛到怀疑人生!不知道你有没有这种感觉,年轻时受伤也许疼一下就好,但随年纪渐长,步入中年、老年时会出现更多慢性疼痛,受伤后也需要更久才能消除痛感

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正巧,哈佛大学医学院Xinbo Wu、Shiqian Shen、Weihua Ding等学者最新在《Aging Cell》上发表了一篇研究[1],探讨了衰老大脑会持续感知疼痛的原因。他们发现一个潜在靶点,通过3种途径增强它可以提升大脑的“钝感力”,告别持久的慢性疼痛

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PART 01 感知疼,所以疼!你的痛感,来自这一关键大脑区域

伴随衰老,容易产生的长期慢性疼痛首先会从哪里来?答曰:大脑的初级体感皮层(S1区域)。初级体感皮层S1区域位于大脑顶叶,是接受躯体感觉信息的关键大脑区域,与疼痛感知相关

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图注:蓝色部分为体感皮层

例如,在带状疱疹感染的皮疹和水泡症状消失后,人们仍可能持续感觉到超过数月的疼痛这种疼痛就与S1区域的适应性变化有关,受诱发疼痛和自发疼痛强度的影响。尤其是在60岁以上的人群中,这种神经性疼痛的风险随年龄增长而增加[2]。

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尽管大脑S1区域在疼痛处理中发挥着重要作用,但目前还不清楚,衰老是否会改变S1区域对疼痛的感知机制,导致持续的慢性疼痛。为此,哈佛大学的学者们展开了一番研究。

PART 02 疼痛不停?是衰老大脑神经元太过兴奋,出现异动!

首先,研究人员对年轻(4个月)和年老(18个月)小鼠进行了模拟坐骨神经痛的CCI手术,通过测试小鼠后爪对机械刺激和热刺激的撤回阈值,对比了它们的痛觉恢复情况。

结果发现,在受伤后4周左右,年轻小鼠就能恢复到受伤前感知痛觉的基线水平,然而老年小鼠则需要7周才能恢复。

这说明,在遭遇同样的神经损伤后,老年小鼠会出现更长时间的伤害性行为(nociceptive behavior)。在这里,伤害性行为指对疼痛刺激的自然反应,表明老年小鼠在感知伤痛上更敏感。学者们将其称为“衰老相关的疼痛慢性化”。

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图注:老年小鼠在经历神经损伤后,其痛觉行为的恢复时间比年轻小鼠更长

如上文所述,之所以感受到痛,是因为大脑S1区域接受到了痛感。那么,衰老使小鼠S1区域发生了何种变化,才使得痛感持续了呢?

为此,学者们建立了双色活体双光子钙成像技术(钙是神经元中重要的细胞信使,可反映神经活动水平),用于观察大脑S1区域的神经元活动情况

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图注:实验设计图;AAV8-Dlx-GCaMP6f(绿色)用于标记中间神经元;AAV8-CaMKII-jRGECO1a(红色)用于标记兴奋性神经元

结果发现,在第35天时,与年轻小鼠相比,衰老小鼠大脑S1区域中存在着持续异常的神经元活动表现为兴奋性神经元活动过度和中间神经元活动减弱。因此,研究人员认为,大脑S1区域的神经元变化是可能使衰老相关的疼痛变得经久绵长的原因。

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图注:年轻(黑色)和老年(红色)小鼠神经损伤后的兴奋性神经元、中间神经元的活跃情况

那么,是否有方法让过度兴奋的神经“安静”下来,改善衰老带来的持久性疼痛呢?

研究人员表示,不妨从中间神经元下手。因为,中间神经元能释放抑制性的神经递质(如γ-氨基丁酸,GABA),局部地调节大脑S1区域的兴奋性神经元,抑制神经活性。

果不其然,采用化学遗传学工具DREADDs激活中间神经元后,神经损伤老年小鼠的伤害性行为显着减轻。免疫荧光成像也证实,有80%受到激活的中间神经元释放了抑制性神经递质。

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图注:激活中间神经元后,老年小鼠的刺激撤回阈值增高,表明对疼痛的敏感度增加,伤害性行为减轻

现在我们知道了,要想年老大脑少受点痛,“激活中间神经元、抑制兴奋神经元”是一条可行之路。

不过,刚刚只是采用化学遗传手段验证了这一点,本着打破砂锅探到底的精神,学者进一步在基因层面上继续挖掘可靶向的目标,来减轻衰老大脑对疼痛的敏感度,增强其“钝感力”。

PART 03 直击根源,解决衰老痛不停!增强一种因子,安抚兴奋神经元

研究人员经测量发现,大脑S1区域有一种名为PGC-1α”的转录共激活因子(增强或激活特定基因转录的蛋白质),其在老年小鼠中的水平显著低于年轻小鼠

此前研究表明,PGC-1α因子在大脑海马体和皮质区域广泛存在,能够影响许多重要的生物过程,比如调节神经元功能、线粒体生物发生;并且,PGC-1α先前也已被认为与中间神经元功能以及持续的伤害性行为有关,这自然引发了学者们的兴趣。

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图注:由PGC-1α激活调节的下游信号通路

在本试验中,与野生型小鼠相比,只有一个PGC-1α等位基因的小鼠,会出现更长时间的伤害性行为,以及S1区域持续的过度激活。更惨的是,如果敲除该因子,小鼠会因严重神经变性而直接过早死亡。

因此,研究人员大胆推测,是PGC-1α因子介导了S1区域衰老相关的疼痛慢性化,再联想到,衰老大脑S1区域会出现的异常神经元活动(兴奋神经元过度活跃,中间神经元减退)。

问题便来到——我们是否可以通过增强PGC-1α因子的表达,来激活中间神经元,抑制兴奋神经元,解决衰老大脑对疼痛的持续感知?

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图注:PGC-1α单倍体不足会导致疼痛慢性化和S1区域神经动力学改变

于是,研究人员构建了一种携带PGC-1α基因的AAV病毒(将基因递送至细胞的载体),注射到衰老小鼠大脑S1区域中,这可以增强大脑PGC-1α蛋白水平。他们发现,与对照组相比,增加了PGC-1α水平的衰老小鼠能更快地解决伤害性行为。进一步钙成像检测神经元活动显示,当中间神经元中的PGC-1α水平增强,衰老小鼠大脑中过度兴奋性的神经元也会得到缓解。

这说明,想要增强大脑“钝感力”,提升PGC-1α因子水平或许才是治标治本的选择,这无疑是为减轻老年人慢性疼痛提供了一个新的潜在治疗靶点。

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PART 04 三种抗衰途径,增强PGC-1α因子表达!

解决了机制层面上的问题,在实际生活中我们可以做点什么来增强和调节PGC-1α因子的表达呢?派派发现,有药物和非药物途径可以选择。

(1)二甲双胍

首先,抗衰爱好者们的老朋友二甲双胍被证明可以增加PGC-1α表达。比如,二甲双胍可以选择性上调肝脏PGC-1α表达[3],或部分通过骨骼肌中的AMPK磷酸化增加该因子的表达[4]。

(2)运动锻炼

耐力训练和力量训练时,运动神经元中增强的钙信号可以改变重要的转录因子,使肌肉基因的表达发生改变,尤其是PGC-1α;长期锻炼可以提高PGC-1α因子水平,甚至在单次锻炼也能达到这样的效果[5]。

(3)热量限制

有文献显示,热量限制可以诱导PGC-1α表达,促进线粒体生物发生;又鉴于PGC-1α增加与神经保护呈正相关,学者们提出PGC-1α调控通路可作为营养干预的目标来预防神经退行性病变[6]。

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-TIMEPIE COMMENT-

写到这里,派派深刻感知到了什么叫“万事万物的联系性”。在我们解构了大脑初级体感皮层S1区域、兴奋性/中间神经元、PGC-1α因子,了解为何衰老大脑总是疼痛难停后,恍然发现,要想提升PGC-1α并增强大脑的“钝感力”,还是可以尝试几种老生常谈的抗衰方式,比如二甲双胍、运动和热量限制。你还在等什么捏?赶快起来运动一下啦!

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