摘要：生物標(biāo)志物可以監(jiān)測(cè)大腦的衰老，揭示治療癡呆癥和其他與年齡相關(guān)的腦部疾病的方法。
研究人員已經(jīng)確定了血液中的13種蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可以預(yù)測(cè)一個(gè)人的大腦與身體其他部位相比衰老的快慢。
他們的研究發(fā)表在12月9日的《Nature Aging》雜志上，該研究使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過(guò)對(duì)1萬(wàn)多人的掃描來(lái)估計(jì)“大腦年齡”。研究人員隨后分析了數(shù)千份掃描和血液樣本，發(fā)現(xiàn)了8種與大腦快速衰老有關(guān)的蛋白質(zhì)，5種與大腦緩慢衰老有關(guān)。
圖1 血漿蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定腦衰老的生物標(biāo)志物和波動(dòng)變化“以前的研究主要集中在蛋白質(zhì)和實(shí)足年齡之間的關(guān)系，這意味著個(gè)人的真實(shí)年齡，”該研究的合著者、中國(guó)上海復(fù)旦大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Wei-Shi Liu說(shuō)。
然而，研究與一個(gè)人的大腦年齡相關(guān)的生物標(biāo)志物可以幫助科學(xué)家們確定分子，以便在未來(lái)治療與年齡相關(guān)的腦部疾病。Liu說(shuō)：“這些蛋白質(zhì)都是治療腦部疾病的有希望的靶點(diǎn)，但可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能驗(yàn)證它們。”
腦年齡差距
Liu和他的同事們利用機(jī)器學(xué)習(xí)分析了10949人的腦成像數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了一個(gè)模型來(lái)計(jì)算一個(gè)人的大腦年齡，使用了數(shù)百種結(jié)構(gòu)特征，如大腦總體體積、皮層厚度和白質(zhì)數(shù)量。大腦年齡和實(shí)足年齡之間的差異，被稱為大腦年齡差距，可以幫助指示大腦健康狀況。
平均而言，參與者的大腦年齡與他們的實(shí)際年齡相差三歲左右，這意味著大多數(shù)人的大腦在生物學(xué)上比他們稍微“年輕”或“年長(zhǎng)”。
研究人員希望找出與大腦年齡差距較大有關(guān)的蛋白質(zhì)，因此他們分析了4696人（其中一半以上是女性）血液樣本中2922種蛋白質(zhì)的水平，并根據(jù)他們的大腦掃描結(jié)果將其與同一個(gè)人的大腦年齡進(jìn)行了比較。他們確定了13種蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)似乎與較大的大腦年齡差距有關(guān)，其中一些已知與運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知和心理健康有關(guān)。
其中一種關(guān)鍵的蛋白質(zhì)是brevican (BCAN)，它有助于形成和維持細(xì)胞周圍的分子網(wǎng)絡(luò)，并參與學(xué)習(xí)和記憶。高水平的BCAN與較慢的大腦衰老有關(guān)。阿爾茨海默病患者的腦細(xì)胞也比健康人表達(dá)的BCAN少。
圖2 多模態(tài)腦年齡的發(fā)展
在另一項(xiàng)單獨(dú)的分析中，作者發(fā)現(xiàn)一系列血液蛋白水平的變化在三個(gè)實(shí)足年齡達(dá)到峰值：57歲、70歲和78歲，每個(gè)年齡都標(biāo)志著大腦衰老的不同階段。例如，在57歲時(shí)，大多數(shù)變化發(fā)生在與新陳代謝、傷口愈合和心理健康相關(guān)的蛋白質(zhì)中。在70歲時(shí)，參與腦細(xì)胞功能的蛋白質(zhì)顯示出與老年相關(guān)的大腦疾病（如癡呆和中風(fēng)）風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)的變化。在78歲時(shí)，研究人員觀察到與免疫和炎癥有關(guān)的蛋白質(zhì)的變化。
“這些峰值有不同的含義”，可以用于大腦疾病的早期診斷和干預(yù)。
神秘的機(jī)制
位于波恩的德國(guó)神經(jīng)退行性疾病中心的神經(jīng)科學(xué)家Anja Schneider說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)是初步的，需要進(jìn)一步的研究來(lái)確認(rèn)哪些蛋白質(zhì)可以作為大腦衰老的生物標(biāo)志物。
“一個(gè)大問(wèn)題是：這些蛋白質(zhì)來(lái)自哪里？馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Mark Mattson說(shuō)。他指出，在這項(xiàng)特殊的研究中，作者“測(cè)量的是這些蛋白質(zhì)的血液水平，而不是大腦水平”。他補(bǔ)充說(shuō)，未來(lái)在動(dòng)物模型上的研究應(yīng)該進(jìn)一步探索確定的蛋白質(zhì)水平的變化如何影響大腦衰老。
此外，大多數(shù)研究參與者都是歐洲血統(tǒng)，需要進(jìn)一步的研究來(lái)調(diào)查這些發(fā)現(xiàn)是否適用于其他人群，Liu說(shuō)。
參考資料
[1] Plasma proteomics identify biomarkers and undulating changes of brain aging
摘要：生物標(biāo)志物可以監(jiān)測(cè)大腦的衰老，揭示治療癡呆癥和其他與年齡相關(guān)的腦部疾病的方法。
研究人員已經(jīng)確定了血液中的13種蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可以預(yù)測(cè)一個(gè)人的大腦與身體其他部位相比衰老的快慢。
他們的研究發(fā)表在12月9日的《Nature Aging》雜志上，該研究使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過(guò)對(duì)1萬(wàn)多人的掃描來(lái)估計(jì)“大腦年齡”。研究人員隨后分析了數(shù)千份掃描和血液樣本，發(fā)現(xiàn)了8種與大腦快速衰老有關(guān)的蛋白質(zhì)，5種與大腦緩慢衰老有關(guān)。
圖1 血漿蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定腦衰老的生物標(biāo)志物和波動(dòng)變化“以前的研究主要集中在蛋白質(zhì)和實(shí)足年齡之間的關(guān)系，這意味著個(gè)人的真實(shí)年齡，”該研究的合著者、中國(guó)上海復(fù)旦大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Wei-Shi Liu說(shuō)。
然而，研究與一個(gè)人的大腦年齡相關(guān)的生物標(biāo)志物可以幫助科學(xué)家們確定分子，以便在未來(lái)治療與年齡相關(guān)的腦部疾病。Liu說(shuō)：“這些蛋白質(zhì)都是治療腦部疾病的有希望的靶點(diǎn)，但可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能驗(yàn)證它們。”
腦年齡差距
Liu和他的同事們利用機(jī)器學(xué)習(xí)分析了10949人的腦成像數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了一個(gè)模型來(lái)計(jì)算一個(gè)人的大腦年齡，使用了數(shù)百種結(jié)構(gòu)特征，如大腦總體體積、皮層厚度和白質(zhì)數(shù)量。大腦年齡和實(shí)足年齡之間的差異，被稱為大腦年齡差距，可以幫助指示大腦健康狀況。
平均而言，參與者的大腦年齡與他們的實(shí)際年齡相差三歲左右，這意味著大多數(shù)人的大腦在生物學(xué)上比他們稍微“年輕”或“年長(zhǎng)”。
研究人員希望找出與大腦年齡差距較大有關(guān)的蛋白質(zhì)，因此他們分析了4696人（其中一半以上是女性）血液樣本中2922種蛋白質(zhì)的水平，并根據(jù)他們的大腦掃描結(jié)果將其與同一個(gè)人的大腦年齡進(jìn)行了比較。他們確定了13種蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)似乎與較大的大腦年齡差距有關(guān)，其中一些已知與運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知和心理健康有關(guān)。
其中一種關(guān)鍵的蛋白質(zhì)是brevican (BCAN)，它有助于形成和維持細(xì)胞周圍的分子網(wǎng)絡(luò)，并參與學(xué)習(xí)和記憶。高水平的BCAN與較慢的大腦衰老有關(guān)。阿爾茨海默病患者的腦細(xì)胞也比健康人表達(dá)的BCAN少。
圖2 多模態(tài)腦年齡的發(fā)展
在另一項(xiàng)單獨(dú)的分析中，作者發(fā)現(xiàn)一系列血液蛋白水平的變化在三個(gè)實(shí)足年齡達(dá)到峰值：57歲、70歲和78歲，每個(gè)年齡都標(biāo)志著大腦衰老的不同階段。例如，在57歲時(shí)，大多數(shù)變化發(fā)生在與新陳代謝、傷口愈合和心理健康相關(guān)的蛋白質(zhì)中。在70歲時(shí)，參與腦細(xì)胞功能的蛋白質(zhì)顯示出與老年相關(guān)的大腦疾病（如癡呆和中風(fēng)）風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)的變化。在78歲時(shí)，研究人員觀察到與免疫和炎癥有關(guān)的蛋白質(zhì)的變化。
“這些峰值有不同的含義”，可以用于大腦疾病的早期診斷和干預(yù)。
神秘的機(jī)制
位于波恩的德國(guó)神經(jīng)退行性疾病中心的神經(jīng)科學(xué)家Anja Schneider說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)是初步的，需要進(jìn)一步的研究來(lái)確認(rèn)哪些蛋白質(zhì)可以作為大腦衰老的生物標(biāo)志物。
“一個(gè)大問(wèn)題是：這些蛋白質(zhì)來(lái)自哪里？馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Mark Mattson說(shuō)。他指出，在這項(xiàng)特殊的研究中，作者“測(cè)量的是這些蛋白質(zhì)的血液水平，而不是大腦水平”。他補(bǔ)充說(shuō)，未來(lái)在動(dòng)物模型上的研究應(yīng)該進(jìn)一步探索確定的蛋白質(zhì)水平的變化如何影響大腦衰老。
此外，大多數(shù)研究參與者都是歐洲血統(tǒng)，需要進(jìn)一步的研究來(lái)調(diào)查這些發(fā)現(xiàn)是否適用于其他人群，Liu說(shuō)。
參考資料
[1] Plasma proteomics identify biomarkers and undulating changes of brain aging
