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提到衰老细胞,大家对其印象往往很统一——炎症的推手、组织退化的元凶,是应该被“扫地出门”的垃圾。

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但问题真能靠“一扫而光”完全解决吗?近期,《Cell》上的一项研究,带来了一个令人意外的发现:存在于大脑中的某些衰老细胞,非但不是破坏者,反而从胚胎期一直驻守到老年,默默守护大脑[1]。

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衰老细胞不全是“反派”

早在2013年的研究就发现,胚胎发育期的肢体、肾脏等部位,会短暂出现一批衰老细胞,它们不搞破坏,反而通过分泌TGF-β、IGF结合蛋白等信号分子,主动参与组织塑形和器官构建[2-3]。就是说,衰老这个程序,在生命早期是被“征用”过的。

但大脑始终是个盲区,它的发育比较特殊,需要同时搭建血脑屏障(保护神经组织免受血液中有害物质的侵扰)和血-脑脊液屏障(以脉络丛为核心,负责生产脑脊液、滋养整个大脑)。这两套屏障的建立,涉及上皮细胞、血管内皮细胞和免疫细胞的协同配合。

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图注:大脑中的两套屏障。

那么,在大脑屏障的建立过程中,有没有衰老细胞的戏份?如果有,它们是像肢体,其它器官发育中那样用完即走,还是另有安排?研究团队决定一探究竟。

通过对小鼠胚胎大脑单细胞测序结果的分析,科学家们发现了四个p21高表达(衰老核心标志基因之一)的细胞类群:脉络丛上皮细胞(ChPe)、血管内皮细胞(VECs)、大脑驻留巨噬细胞、CR神经元

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图注:单细胞测序显示,p21(蓝色)在四个细胞类群中高表达。

不过表达p21不等于就是衰老细胞。研究团队进一步验证发现,这四个群体的转录组与已知衰老细胞特征高度吻合,均不表达增殖标志物Ki67,且已退出细胞周期,还具有溶酶体功能障碍的经典衰老标志(脂褐素累积等)(除了CR神经元),它们被确认为货真价实的衰老细胞。

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图注:p21+细胞转录组与已知衰老基因特征的相似性分析(颜色越深代表相似度越高)。

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衰老细胞里的“临时工”和“铁饭碗”

同时,通过观察这些衰老细胞在胚胎期和出生后的去向,科学家们发现了泾渭分明的两种模式。

No.1

干完活就走的“临时工”

VECs和大脑驻留巨噬细胞属于这一模式。在发育早期,只有极少量细胞被标记,因为它们在胚胎发育早期尚未大规模进入衰老程序;到了中晚期,它们大量涌现,尤其是血管正在积极铺设的区域,如后脑和丘脑。

而出生后,这两类细胞大幅减少。它们在血管最需要建设时精准到场,任务完成后便离开。

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图注:VECs在胚胎发育中晚期大量出现、出生后大幅减少(E18.5:胚胎期第18.5天;PND21:出生后21天;他莫昔芬:用于诱导遗传标记)。

No.2

终身不退休的“后勤守护神”

当然,还有走相反方向的ChPe。同样是在中晚期,这类细胞从胚胎期一直持续到出生后21天,甚至到12月龄(相当于小鼠老年期),p21和SA-β-gal(溶酶体功能障碍的标志物)也始终表达。

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图注:ChPe的衰老标志物(p21:黄色;SA-β-gal:绿色)从胚胎期持续到12月龄。

不过,这类终身衰老细胞并没有引发炎症。它的分泌蛋白有92%与胚胎脑脊液中的成分高度重合,富含营养因子和屏障功能相关蛋白,而非促炎因子。它们虽然衰老了,却一直在兢兢业业地生产脑脊液、维护屏障。

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ChPe用事实证明,持久的衰老并不必然等于有害。衰老可以是一种终身、稳定、非炎性的状态,服务于特定组织的长期功能需求。

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把衰老细胞“一扫而光”,后果很严重

那么,这三类细胞消失的话,会带来什么后果呢?研究团队在胚胎中期精准清除了p21+衰老细胞,结果可谓十分惨烈:

超过75%的胚胎出现脑出血,头部和颈部周围出现明显皮下积液,侧脑室体积大幅缩小。脉络丛(负责生产脑脊液的结构)严重萎缩,Aqp1(负责生产脑脊液的水通道蛋白)表达显著下降,脑屏障结构崩塌,最终,这些胚胎未能存活到出生。

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图注:清除p21+衰老细胞的部分后果:皮下积液、脉络丛萎缩、Aqp1表达下降。

但这里有三种衰老细胞,全杀之后无法分清各自职责。于是团队接着只清除大脑驻留巨噬细胞中的p21+细胞。结果没有脑出血,也没有脑室塌陷,但是吧……血管的分支密度和网络复杂度明显出现下降。

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图注:特异性清除p21+巨噬细胞后,血管分支点数量和网络复杂度下降。

由此,再结合细胞已知的生理功能可推断,衰老VECs负责构建血管壁、维持其完整性;衰老巨噬细胞负责引导血管的正确分支与网络构建;衰老ChPe则负责生产脑脊液并维持屏障稳态。三者各司其职又默契配合,共同守护大脑。

而ChPe之所以需要终身守护,与脉络丛的特殊性有关——脉络丛上皮细胞属于非更新组织,一旦细胞凋亡,留下的功能漏洞便无法通过细胞增殖来填补。因此ChPe的衰老,并非一场无序的退化,而是这套系统在没有备用方案下的主动适应。

小结

这项研究揭示的,不止“衰老有好有坏”,更在于它是一套可以按需调用的程序。同是衰老程序,岗位不同,执行方式可能截然相反。

这种认知转变,在抗衰老热潮中格外重要。当清除衰老细胞被当作主流叙事时,这个研究给出了一记提醒:不是所有衰老细胞都该被清除。守护大脑的衰老细胞一旦被误伤,后果可能比衰老本身更棘手。

总之,衰老不一定是生命的尾声,也可能是另一种忠诚。

声明 -本文内容仅用于科普知识分享与抗衰资讯传递,不构成对任何产品、技术或观点的推荐、背书或功效证明。文内提及效果仅指成分特性,非疾病治疗功能。涉及健康、医疗、科技应用等相关内容仅供参考,医疗相关请寻求专业医疗机构并遵医嘱,本文不做任何医疗建议。

参考文献

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