衰老（senescence）是一種局限于增殖細胞的現(xiàn)象，這一概念受到了越來越多證據(jù)的挑戰(zhàn)，這些證據(jù)表明，包括神經元在內的終末分化細胞具有類似衰老的特征。衰老細胞在生命后期的持續(xù)存在與組織功能障礙和年齡相關疾病的風險增加有關。

近日，美國索爾克生物研究所Fred H. Gage和Jerome Mertens研究團隊合作在Cell Stem Cell上發(fā)表研究，發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默?。ˋD）大腦中表達衰老標志物的神經元比例明顯較高，并且它們的分布具有旁觀者效應（bystander effects）。

AD患者的前額葉皮質中衰老神經元的比例增加

CDKN2A基因編碼衰老激活蛋白p16INK4a和p14ARF，在衰老細胞中持續(xù)上調，被認為是衰老最特異的遺傳標記之一。研究人員首先發(fā)現(xiàn)，AD患者富含神經元的前額葉皮層（PCx）中CDKN2A mRNA的豐度顯著增加[Fig.1A,B]。

由于旁觀者效應，衰老細胞傾向于在其駐留的生態(tài)位中聚集，通過參照NeuN或DAPI位點計算p16的鄰近得分來檢查p16的聚集情況，發(fā)現(xiàn)p16定位顯示出清晰的聚類模式[Fig.1D,E]。

這表明，表達p16INK4a的神經元在AD患者的大腦中更為常見，衰老神經元是分泌旁觀者因子的潛在來源，可能是老年人腦衰老細胞簇的起點。

Figure 1 人類AD大腦中衰老神經元的比例增加

年齡等效AD iNs中衰老轉錄組和表觀基因組模式

接下來檢測AD患者中老齡誘導的神經元（iNs）顯示出衰老相關特征的程度，研究人員觀察到僅在AD iNs中衰老基因的強烈和顯著富集，但在再生的AD iPSC iNs、成纖維細胞或iPSC中沒有顯著富集[Fig.2B,C]。

總之，這些數(shù)據(jù)表明AD iNs中的表觀遺傳場景受損，包括衰老基因染色質的松弛、衰老相關組蛋白的上調、衰老啟動子甲基化的失調和ETS1轉錄因子結合，導致AD神經元衰老基因的表達增加[Fig.2]。

Figure 2 老年AD神經元轉錄組和表觀基因組的衰老變化

AD iNs反映了患者大腦死后神經元的衰老并提供了細胞衰老的真正體外標志物

通過蛋白質免疫印跡和免疫細胞化學分析確定iNs能如實地再現(xiàn)AD腦中表達NeuN的細胞中觀察到的衰老激活，并且iNs可用于體外模擬自發(fā)神經元衰老[Fig.3A,B]。

此外，還測試了常見的衰老標志物衰老相關β-半乳糖苷酶（BGal），發(fā)現(xiàn)AD iNs比對照iNs更可能是BGal陽性[Fig.3C]。以及在iPSC iNs中觀察到的低水平衰老基因表達表明，衰老激活更可能發(fā)生在老年神經元中。

Figure 3 iNs是細胞衰老的真正標志物

單細胞轉錄組學揭示了神經元衰老軌跡

為了捕獲從正常神經元到衰老神經元軌跡的轉錄特征，并提取完全衰老神經元的關鍵特征。通過單細胞測序對非FACS純化的AD和CTL iN培養(yǎng)物的進行轉錄組分析。

通過評分和反向圖嵌入方法都確定了AD iNs中衰老基因表達的增加，這表明神經元的早期和晚期衰老可以通過最初的代謝和致癌挑戰(zhàn)來區(qū)分，這些挑戰(zhàn)最終導致深度衰老中的促炎反應和代謝重編程[Fig.4]。

Figure 4 scRNA-seq表明衰老神經元的致癌挑戰(zhàn)和代謝功能障礙

致癌基因可引發(fā)神經元衰老并通過衰老細胞療法消除

最后，通過檢測過表達癌基因是否會觸發(fā)iNs中癌基因誘導的衰老（OIS）。結果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，過表達Ras-iNs中p16陽性細胞數(shù)量顯著增加。重要的是，這種衰老激活并未伴隨神經元命運的喪失，Ras或GFP處理組之間NeuN陽性細胞的比例沒有差異。

使用衰老靶向藥物達沙替尼和槲皮素（D+Q）組合可以特異性地去除衰老神經元，并將AD神經元中的衰老神經元豐度恢復到健康對照組的水平[Fig.5]。

Figure 5 致癌基因可引發(fā)神經元衰老，并通過衰老細胞療法消除

結 論

本文中報告了AD患者大腦中衰老神經元的負擔增加，可以使用老齡化的人類神經元培養(yǎng)系統(tǒng)在體外模擬這些細胞，衰老神經元構成了AD患者晚年大腦炎癥的神經性來源。即使是一小部分老年衰老神經元的存在，其后果也可能對大腦功能產生深遠影響。一個神經元可以通過廣泛的突觸網(wǎng)絡與鄰居建立數(shù)千個連接，為衰老相關分泌表型（SASP）介導的功能障礙提供了充分的傳播機會。

參考文獻：

Herdy, Joseph R et al. “Increased post-mitotic senescence in aged human neurons is a pathological feature of Alzheimer's disease.” Cell stem cell vol. 29,12 (2022): 1637-1652.e6. doi:10.1016/j.stem.2022.11.010

編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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