時光匆匆，白駒過隙，年邁之時回顧人生總會感慨青春易逝。隨著年歲的增長，衰老成為了我們不得不面對并承認的現實，慢慢的慢慢的，我們會忘記剛才隨手放下的筆在哪；漸漸的漸漸的，我們會忘記剛才說出口的話；最后，我們會忘記那些我們愛著并愛著我們的人。面對這種可以預見的悲傷，我們為什么不能舉起反抗的大旗，逆轉光陰，重獲年少時的才思呢？
其實提到記憶衰退，最為廣泛的認知多半是老年癡呆癥。針對這種記憶衰退的情況，其實已經有很多的研究正在開展，如異時異種共生和年輕供體的血漿移植可以使衰老的大腦恢復活力與記憶功能。然而，血源性的影響因素會因為血腦屏障的隔離作用而受到限制。因此，研究的目光就轉移向了腦脊液（CSF），其攜帶的信號分子在發育過程中指導神經元祖細胞增殖和分化。腦脊液蛋白組成隨著人類衰老而變化，以炎癥蛋白增加以及生長因子減少為特征。所以將年輕小鼠的腦脊液輸注給老年小鼠會不會對大腦恢復活力發揮積極作用呢？
近日，美國斯坦福醫學院的Tony Wyss-Coray率領其團隊發現，就將年輕的腦脊液直接注入老化小鼠的大腦中并改善了小鼠的記憶功能。年輕的腦脊液在老化的海馬體和原代OPC培養物中可以促進少突膠質細胞祖細胞（OPC）的增殖和分化。使用SLAMSeq分析，作者團隊鑒定了血清反應因子（SRF）是年輕腦脊液介導OPC增殖的通路。通過篩選了CSF中潛在的SRF激活劑，發現成纖維細胞生長因子17（Fgf17）輸注足以誘導老年小鼠的OPC增殖和長期記憶鞏固，而Fgf17阻斷則會損害年輕小鼠的認知。這些發現證明了年輕腦脊液的恢復活力，并將Fgf17確定為恢復衰老大腦中少突膠質細胞功能的關鍵靶標。
年輕腦脊液對少突膠質發生的調控：
首先，研究人員將研究目標放在了年輕供體的腦脊液輸注到老年小鼠中，是否可以改善由衰老引發的海馬依賴性學習和記憶能力損傷。之所以選擇了條件恐懼實驗，是因為它允許我們分析影響長時記憶形成和鞏固的影響因素，而這一過程與衰老相關的認知能力下降有關。二十個月齡的老鼠接受了三次與聲光相關的腳部電擊。然后將小鼠隨機分成兩組，并注入人工腦脊液（aCSF）或年輕小鼠腦脊液（YM-CSF）1周，并在3周后測試長期記憶回憶。YM-CSF組暴露于聲光后僵直率較高，表明這組可以更好地維持長期恐懼記憶。
研究人員進行了批量RNA測序（RNA-seq）測量了輸注年輕腦脊液對海馬轉錄組的影響。具體而言，年輕的腦脊液促進了促少突膠質細胞分化相關轉錄因子和主要髓鞘蛋白成分的上調。有趣的是，雖然這些老化小鼠的大腦中整體細胞增殖非常低，但我們發現海馬體的整體細胞增殖水平激增。我們向老年小鼠輸注了來自健康年輕人類供體腦脊液（YH-CSF，平均年齡為24.6歲）或老年人類供體腦脊液（AH-CSF，平均年齡為69歲）。YH-CSF誘導OPC增殖的水平與YM-CSF相當，而AH-CSF誘導的細胞增殖僅為一半。同時來自年輕健康供體的人類腦脊液被證明可以誘導提高神經元活力，而來自多發性硬化癥患者的腦脊液對神經元和OPC表現出毒性。值得注意的是，我們發現海馬體分子層中MBP強度和無髓鞘軸突的數量增加。這表明年輕的腦脊液含有促進少突膠質細胞譜系細胞生長或中和抑制因子的物質。
圖 年輕的腦脊液改善記憶鞏固，促進OPC增殖和分化
SRF介導年輕腦脊液對OPCs的影響：
為了更深入地了解上述的生理過程，我們對暴露于年輕腦脊液中1或6小時的OPCs進行RNA代謝測序（SLAMseq）。在1小時處理組中的top基因是血清反應因子（SRF），這是一種在骨骼肌、心臟、中樞神經中被廣泛研究的轉錄因子。我們還注意到編碼Wnt信號負調節因子、促凋亡因子Bcl7b和DNA修復蛋白Rpa3的基因顯著下調，這與暴露于YH-CSF的促生存反應期望一致。
針對年輕腦脊液誘導的SRF表達是否調節OPC肌動蛋白細胞骨架，OPC內的SiR-肌動蛋白信號在YH-CSF刺激數小時后迅速增加，但是信號總面積沒有變化，這表明細胞肌動蛋白絲表達水平增加。暴露于YH-CSF6小時的OPCs表達的鬼筆環肽是對照組的兩倍。在輸注YM-CSF6天后的老年小鼠的海馬OPCs中也證實了鬼筆環肽表達的增加。
圖 SRF由年輕腦脊液誘導上調，并介導OPC增殖
因為SRF對于神經元軸突生長錐中肌動蛋白絲的形成是必需的，所以我們測試了它在OPC中是否具有類似的作用。與aCSF相比，YH-CSF誘導的每個細胞的生長錐細胞明顯更多。我們構建SRF-KO小鼠模型并重復了YH-CSF增殖實驗，結果表明腦脊液誘導的增殖依賴于SRF。這些結果揭示了年輕腦脊液對OPCs影響的可能機制，并指出SRF和肌動蛋白細胞骨架調控是年輕腦脊液在體內影響的潛在介質。
事實上，通過原位雜交檢測到的海馬體CA1區域中SRF陽性OPCs的比例隨著年齡的增長而顯著降低。隨著年齡的增長，OPC中下調的top通路與少突膠質細胞標記物、膠質細胞分化的調節、細胞呼吸和代謝以及蛋白質折疊有關。相反，免疫相關通路和小膠質細胞特異性基因隨著年齡的增長而上調。SRF靶基因在其他已發表的關于年齡和阿爾茨海默病（AD）OPC的人類和小鼠數據集中也被下調。總而言之，這些實驗表明，OPCs中的SRF信號表達隨著年齡的增長而下調，并在顱內急性注射年輕腦脊液后被誘導升高。
圖 SRF隨著年齡的增長在海馬OPCs中表達下調，并由年輕腦脊液誘導表達再上升
Fgf17模擬年輕腦脊液對OPCs和記憶能力的影響：
CSF含有數百種可能誘導SRF信號的蛋白質，研究人員將兩個已發表的腦脊液蛋白質組學數據集與TRANSFAC預測的SRF靶點列表交叉引用，并生成了一個潛在SRF誘導物列表。在基因轉染實驗后，成纖維細胞生長因子8（Fgf8）和Fgf17誘導最強的劑量依賴性反應。我們選擇繼續研究Fgf17，因為它是一種在人類腦脊液富含的蛋白質，并且其水平隨著年齡的增長而降低。通過干涉肌動蛋白聚合，我們發現Fgf17通過肌動蛋白調節激活SRF信號。
研究人員將重組Fgf8和Fgf17注入老年小鼠，Fgf17誘導了老化海馬體中的OPC增殖，但Fgf8沒有。我們發現，注射了抗Fgf17（而非對照抗體）的小鼠在兩項海馬依賴性認知測試（Y迷宮和情境恐懼條件反射）中表現出受損表現，這表明增殖的增強部分是由Fgf17介導的。這些實驗表明，Fgf17足以模仿年輕腦脊液對海馬體OPCs和老年小鼠記憶鞏固的影響，是年輕腦脊液發揮作用的主要成分。
圖 Fgf17誘導OPC增殖并改善記憶力
小結：
綜上所述，作者團隊發現年輕的腦脊液足以改善老年小鼠的記憶功能，這與OPC增殖和海馬髓鞘形成增多相關。Fgf17對于改善老年小鼠的認知并促進OPC在體內外的增殖是必要的，它構成了年輕CSF恢復活力作用的主要組成部分。此外，年輕的腦脊液誘導轉錄因子SRF及其肌動蛋白細胞骨架靶基因的表達，促進OPC增殖。我們推測SRF協調了各種細胞類型的可塑性，這種可塑性隨著年齡的增長而喪失最終會促進神經變性。
占老年大腦干細胞數量最多的OPCs在目前的研究中大多被忽視。對年輕嚙齒動物的最近研究表明，OPCs形成有髓鞘少突膠質細胞，對于鞏固形成新記憶至關重要，暗示了這些細胞在認知功能中的積極作用。此外，成熟的少突膠質細胞對于維持軸突健康和調節神經元功能至關重要。髓鞘可塑性正在成為學習和記憶中的重要機制，對髓鞘功能障礙在衰老相關認知能力下降中的研究正在引起更多人的興趣，而研究CSF（適應大腦獨特需求的媒介）有可能進一步深入對大腦復雜機制和細胞相互作用的理解。
參考文獻：
Tal Iram, Fabian Kern, Achint Kaur, et al. Young CSF restores oligodendrogenesis and memory in aged mice via Fgf17. Nature. 2022 May 11.
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04722-0#Sec5
