人类脐带血让衰老大脑“重返青春”

根据斯坦福大学（Stanford University）医学院科学家的一项最新研究，人类脐带血可以恢复老年小鼠的学习和记忆能力。这其中的关键在于一种名为组织金属蛋白酶抑制剂-2（TIMP-2）的蛋白质，仅将TIMP-2注射到小鼠中便会取得相同的效果。这一成果发表于《自然》杂志上，可能催生出心理活动能力衰老的新疗法。

“神经学家们一直以来忽略了一件重要的事情，那就是我们血液中的物质可能会影响到思维活动，”文章通讯作者Tony Wyss-Coray教授说道：“这让我感到很惊讶。”

▲文章通讯作者Tony Wyss-Coray教授（图片来源：斯坦福大学官网）

在之前的一项研究中，Tony Wyss-Coray教授的团队发现，直接将年轻小鼠的血浆输注至年老小鼠体内，会使后者受益。这些益处远远不只反映在一些生化和生理指标上，还包括在记忆和学习测试中的实际表现。

在这项新的工作中，科学家们第一次证明了，人类血浆可以帮助老年小鼠改善记忆和学习能力，似乎在提示着在老年人体内也可能取得类似的有益效果。从药物开发的角度来看，这是一个十分有希望的成果，因为单个蛋白质便可在很大程度上实现上述效果。

通过比较19-24岁、61-82岁人群的血浆和脐带血浆，科学家们发现了许多会随年龄增长而发生含量变化的血浆蛋白质。他们怀疑这些变化可能会影响大脑中的海马体，该部位在小鼠和人体中都对长时程记忆的产生至关重要，包括对空间信息和个人所经历事件的记忆。

▲海马体在大脑中的位置（图片来源：medscape）

由于某些未知的原因，海马体特别容易受到衰老过程的影响。随着年龄的增长，海马体会发生退化，出现萎缩和神经元减少，造成学习和记忆能力下降。此外，海马体的退化也是阿兹海默病的早期表现之一。

科学家们选择了免疫缺陷型小鼠作为实验对象，因为这些小鼠不会对输入的人类血液发生免疫排斥反应。同时，这些免疫缺陷小鼠的海马体的衰老速度与正常小鼠相比，并无明显区别。科学家们将老年、年轻和“最年轻”（即脐带血）的人类血液输入上述小鼠，观察在这之后对海马体功能的影响，并通过Barnes迷宫测试的直接评估小鼠的学习和记忆能力。

▲Barnes迷宫测试（图片来源：sylics）

当在两周中每四天接受一次人类脐带血浆后，老年小鼠的海马体在许多功能指标上都出现了显着改善。相比之下，老年人的血浆则起不到上述效果，而年轻人的血浆则会起到较弱的改善效果。

那么，脐带血中究竟有着怎样的神奇物质，会让衰老大脑变得年轻起来呢？

科学家们发现，这一物质便是TIMP2蛋白。它在人类脐带血中含量丰富，也存在于出生后个体的血浆中，但会随着年龄的增长而含量逐渐降低。TIMP2属于TIMP蛋白家族，该家族共有四种蛋白，具有抑制可降解细胞外基质的多种金属蛋白酶的能力。TIMP2被发现可增强大脑神经元的活性。

▲小鼠为育幼所筑的巢（图片来源：plexx.eu）

若仅将TIMP2蛋白注射入老年小鼠体内，则可基本上复制脐带血浆带来的有益效果，甚至恢复了这些老年小鼠的筑巢能力。这原本是小鼠的一种本能，但会随着衰老而逐渐失去。在筑巢能力得到恢复后，即便是老年小鼠，也会用棉絮筑出自己喜欢在当中睡觉或育幼的巢。然而，如果是已被去除TIMP2的人类脐带血浆，则没有恢复老年小鼠学习和记忆能力的功效。与此相符，如果对通常在记忆测试中表现良好的年轻正常小鼠施用TIMP2中和抗体，其记忆能力也会显著减退。

“TIMP2在大脑中的作用曾经被研究了一些，但我们对此所知的并不多，而且也不了解其在衰老中的作用，”文章第一作者Joseph Castellano博士说道：“在我们的研究中，TIMP2几乎完全复制出了我们用脐带血浆取得的记忆和学习能力提高效果，这似乎通过改善海马体的功能来实现的。”

参考资料：

[1] Human umbilical cord plasma proteins revitalize hippocampal function in aged mice

[2] Protein in human umbilical cord blood rejuvenates old mice’s impaired learning, memory

来源：学术经纬

本周科研进展

1. 日前，一个国际研究小组利用2013年至2016年间西非埃博拉疫情的病毒基因组数据库，揭示了加速或减缓疫情传播的因素，并呼吁使用实时测序和数据共享来控制今后病毒性疾病的爆发，该研究结果发表在《Nature》上。
2. 英国诺丁汉大学流行病学家Stephen Weng和他的同事比较了ACC / AHA指南与随机森林，逻辑回归，梯度增强和神经网络这四种机器学习算法的应用 。所有四种技术都在没有人为指导的情况下通过分析大量数据形成了预测工具。他们证明，自我学习的计算机，相比较标准的医疗诊断程序而言，能够显著提高心脏病预测率。一旦投入使用，这一新的诊疗手段每年将拯救数以千计甚至百万计的生命。
3. 中美研究人员在新一期美国《科学》杂志上报告说，他们研制出一种新型单细胞全基因组扩增技术，名为 LIANTI，跟以前技术相比，这项新技术在所有指标上都有大幅度提高，让单细胞扩增与测序更加精准。在此基础上不仅有望避免许多遗传性疾病遗传给后代，从基因组角度更深入地认识癌症也将成为可能。
4. 一项最新遗传学研究使用了反向遗传学方法来探索基因功能，让研究人员得以评估人类基因功能丧失性突变的表型。研究发表在12日的英国《自然》杂志上，该成果标志着我们开始向大规模研究人类基因功能这一目标出发，并已为其奠定了基础。
5. 在4月18日发表在《Nature Genetics》上的两项独立研究中，研究人员通过荟萃分析和全基因组关联研究发现了一些新的心房颤动风险变异，使这种变异的总数达二十多个。另外，这两项研究均表明SH3PXD2A附近的变异影响亚洲人的心房颤动风险，SH3PXD2A编码invadosome相关的支架蛋白，SH3PXD2A在人类心房和心室中表达，对神经鞘迁移很重要。
6. 据《麻省理工技术评论》杂志网站17日报道，科学家们正在开发一种“CRISPR药丸”，其不会像抗生素药物对有益细菌和有害细菌进行“通杀”，而是超精准“杀灭”单种目标细菌。新研究为对付造成大规模致命感染的耐药性细菌，提供了一种全新方法。
7. Broad研究所最新的一项研究表明，对病变组织进行RNA测序（RNA-seq），能发现可能导致孟德尔疾病的突变，例如致病性剪接位点变异，进而帮助临床对未确诊的遗传病患者进行诊断，而这些突变通过基因组测序则很难鉴定。这项研究于4月19日发表在《Science Translational Medicine 》上，是迄今为止最大的一项针对未确诊疾病患者进行转录组测序以确定遗传疾病相关未知突变的研究。
8. MIT的研究人员利用合成生物标志物和纳米探针，开发出了一种比以往更加灵敏的检测方法来检测早期卵巢癌，他们的研究成果发表在了4月10日的《自然 生物医学工程》杂志上。新方法的进步性已经在小鼠体内得到了证实，它可以检查出直径小于2mm的肿瘤，换算到人体中，大约能够比现有的方法提前5个月检测到肿瘤！而且，研究人员介绍，除了卵巢癌，他们的方法也适用于其他癌症。

9. 在两项针对小鼠的研究中，研究人员证实一种经设计抵抗导致脊髓小脑共济失调2型（SCA2）的基因突变的药物可能也被用来治疗肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）。这两项研究均于2017年4月12日在线发表在Nature期刊上。

   新发表文章

   【新技术】

   1. TRAPR: R Package for Statistical Analysis and Visualization of RNA-Seq Data.Lim JH et al.Genomics Inform. 2017 Mar

   2. A ChIP-Seq Data Analysis Pipeline Based on Bioconductor Packages.Park SJ et al.Genomics Inform. 2017 Mar

   3. CSReport: A New Computational Tool Designed for Automatic Analysis of Class Switch Recombination Junctions Sequenced by High-Throughput Sequencing.Boyer F et al.J Immunol. 2017 Apr 17.

   【动物】

   1. Identification and expression analysis of alternatively spliced new transcript isoform of Bax gene in mouse.Husain MA et al.Gene. 2017 Apr 12.

   2. Omics and cytokine discovery in fish: Presenting the yellowtail kingfish (Seriola lalandi) as a case study.Jacobson G et al.Dev Comp Immunol. 2017 Apr 14.

   3. Circular RNA alterations are involved in resistance to avian leukosis virus subgroup-J-induced tumor formation in chickens.Zhang X et al.Oncotarget. 2017 Mar 22.

   【植物】

   1. Fine-Mapping the Branching Habit Trait in Cultivated Peanut by Combining Bulked Segregant Analysis and High-Throughput Sequencing.Kayam G et al. Front Plant Sci. 2017 Apr 4

   【微生物】

   1. Mutations in Streptomycin Resistance Genes and Their Relationship to Streptomycin Resistance and Lineage of Mycobacterium tuberculosis Thai Isolates.Hlaing YM et al.Tuberc Respir Dis (Seoul). 2017 Apr

   2. Comparative Analysis of the Gut Microbial Communities in Forest and Alpine Musk Deer Using High-Throughput Sequencing.Hu X et al.Front Microbiol. 2017 Apr 3

   3. Elevated Air Humidity Changes Soil Bacterial Community Structure in the Silver Birch Stand.Truu M et al.Front Microbiol. 2017 Apr 3

   【肿瘤】

   1. RNA sequencing analyses reveal novel differentially expressed genes and pathways in pancreatic cancer.Mao Y et al.Oncotarget. 2017 Mar 22.

   2. Roles of long noncoding RNAs in colorectal cancer metastasis.Li H et al.Oncotarget. 2017 Mar 17.

   3. Genetic analysis of a morphologically heterogeneous ovarian endometrioid carcinoma.Geyer FC et al.Histopathology. 2017 Apr 18.

   4. Deep sequencing-based microRNA expression signatures in head and neck squamous cell carcinoma: dual strands of pre-miR-150 as antitumor miRNAs.Koshizuka K et al.Oncotarget. 2017 Mar 17.

   5. Robust In-Silico identification of cancer cell lines based on next generation sequencing.Otto R et al.Oncotarget. 2017 Mar 10.

   6. Identification and functional analysis of differentially expressed genes in poorly differentiated hepatocellular carcinoma using RNA-seq.Huang Y et al.Oncotarget. 2017 Mar 21.

   7. Identification of MAP kinase pathways as therapeutic targets in gallbladder carcinoma using targeted parallel sequencing.Li M et al.Oncotarget. 2017 Mar 31.

   【其他】

   1. Small non coding RNAs in adipocyte biology and obesity.Amri EZ et al.Mol Cell Endocrinol. 2017 Apr 12.