科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)可恢復(fù)老年鼠大腦和肌肉功能

哈佛大學(xué)干細(xì)胞研究所（HSCI）科學(xué)家曾發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)GDF11，能讓心臟功能衰退的老年鼠表現(xiàn)得像健康的年輕鼠。而zui近他們發(fā)現(xiàn)，這種蛋白質(zhì)還能提高老年鼠的腦和骨骼肌的功能。這些發(fā)現(xiàn)由艾米·偉杰斯教授和哈佛大學(xué)干細(xì)胞與再生生物學(xué)（HSCRB）系李·魯賓*的兩個(gè)研究小組合作取得，研究成果將以兩篇獨(dú)立論文的形式發(fā)表在本周五出版的《科學(xué)》雜志上。

GDF11蛋白質(zhì)是一種人體和小鼠身上都有的蛋白質(zhì)。兩個(gè)小組給相當(dāng)于人類70歲高齡的老年鼠注射GDF11蛋白，不僅提高了它們的運(yùn)動(dòng)能力，還提高了它們嗅覺腦區(qū)的功能，讓它們像年輕鼠一樣靈敏地嗅到氣味。

兩個(gè)小組用的實(shí)驗(yàn)方法基本類似。都是先制作一種聯(lián)體支持系統(tǒng)，用手術(shù)把老年鼠和青年鼠的血管連在一起，讓青年鼠的血流入老年鼠體內(nèi)，然后給老年鼠注射GDF11。魯賓和偉杰斯都表示，這些發(fā)現(xiàn)是未曾預(yù)料的進(jìn)展，并希望能在三到五年內(nèi)讓GDF11進(jìn)入zui初的人類臨床試驗(yàn)。

逆轉(zhuǎn)心臟衰老特征

早在14年前，偉杰斯在斯坦福大學(xué)做博士后時(shí)就開始在小鼠身上使用聯(lián)體支持系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)她和幾位合作者發(fā)現(xiàn)，讓年輕鼠的血液在老年鼠體內(nèi)循環(huán)，會(huì)讓老年鼠受傷的肌肉在恢復(fù)時(shí)變得更年輕。

去年，她和理查德·李發(fā)表論文報(bào)告稱，他們?cè)诮o老年鼠變長(zhǎng)了的、功能衰退的心臟供應(yīng)年輕鼠血液時(shí)，衰老心臟恢復(fù)到年輕時(shí)大小，功能也提高了。然后她和科羅拉多州一家公司合作，發(fā)現(xiàn)血液中對(duì)恢復(fù)青春起作用zui大的因素是GDF11。這次發(fā)現(xiàn)為人們帶來了希望，GDF11有可能成為治療舒張性心力衰竭的一種方案。目前在老年人中，舒張性心力衰竭是不可逆的，而且是致命的。

提高骨骼肌控制能力

在以往研究中，GDF11好像是專門針對(duì)心臟的，但新研究顯示，它對(duì)多種器官和細(xì)胞類型都起作用。在聯(lián)體支持系統(tǒng)中骨骼肌表現(xiàn)的效果，在再生生物學(xué)中有很多。偉杰斯說：“不同的是，以往例子是年輕血液因子恢復(fù)了肌肉干細(xì)胞功能，然后干細(xì)胞更好地修復(fù)了肌肉；在新研究中，我們還看到了與老化相關(guān)的DNA損傷的修復(fù)，由此帶來了機(jī)能恢復(fù)和肌肉控制能力的提高。我們認(rèn)為肌肉干細(xì)胞中DNA損傷的積累，可能反映了細(xì)胞適當(dāng)分化、變成成熟肌細(xì)胞的能力喪失，而這種能力是修復(fù)肌肉所必須的。”

但偉杰斯還指出，在老化肌肉力學(xué)與修復(fù)方面人們要研究的東西還很多。“我們還沒有*理解，這是怎樣以及為何發(fā)生的。我們可能會(huì)說，損失是對(duì)基因物質(zhì)的修改、基因組斷裂等，但這是否是破壞性的，或修復(fù)所必需的？我們尚不清楚。”

提高大腦認(rèn)知能力

魯賓研究小組的重點(diǎn)是為神經(jīng)退行性疾病開發(fā)治療方案。魯賓說，在他的小組開始GDF11實(shí)驗(yàn)時(shí)，“我們知道那只老年鼠的腦子非常糟糕，神經(jīng)形成數(shù)量減少，認(rèn)知能力下降”。他們小組的博士后麗達(dá)·卡西姆巴蒂接受了偉杰斯在聯(lián)體支持系統(tǒng)方面的技術(shù)訓(xùn)練，然后在魯賓小組指導(dǎo)了該實(shí)驗(yàn)。

魯賓說，對(duì)小鼠大腦的3D重建和磁共振成像（MRI）顯示，“有更多的新血管和血流”，這都是大腦更年輕、更健康的表現(xiàn)。年輕鼠的嗅覺極靈敏，能區(qū)分9種不同的氣味。“在測(cè)試時(shí)，年輕鼠會(huì)避開薄荷氣味而老年鼠不會(huì)，但經(jīng)過年輕血液和GDF11滋養(yǎng)后，老年鼠也會(huì)了。”

“我們認(rèn)為，GDF11的一個(gè)效果就是改善血管分布和血流，這能增加神經(jīng)形成。”魯賓說，“對(duì)其他腦區(qū)應(yīng)該還有廣泛的效果。我們認(rèn)為，至少在理論上，有一種方法能逆轉(zhuǎn)一種蛋白質(zhì)下降引起的衰老。它可能是一種類似GDF11的分子，或者就是GDF11本身，從而逆轉(zhuǎn)衰老導(dǎo)致的傷害。”

“GDF11還不能說*沒問題”，但或許可用它來開發(fā)一種藥物，幫助治療老年癡呆癥，延緩與之相關(guān)的認(rèn)知缺陷。魯賓說，導(dǎo)致老年癡呆癥的主要風(fēng)險(xiǎn)因素就是衰老，它甚至在沒有直接的“斑塊或纏結(jié)”病變時(shí)就發(fā)生了。因此，未來治療老年癡呆癥可能會(huì)與減少斑塊和纏結(jié)的療法相結(jié)合，比如用直接瞄準(zhǔn)β-淀粉肽的抗體，再配合一種類似GDF11的認(rèn)知改良劑。

給人們更健康的未來

據(jù)目前研究顯示，年輕小鼠體內(nèi)天然存在的GDF11濃度比老年鼠更高，提高老年鼠體內(nèi)的GDF11濃度水平能提高每個(gè)器官系統(tǒng)的功能。對(duì)于這兩篇論文的發(fā)表，HSCRB副主席與HSCI聯(lián)合董事道格·麥爾登說，他“想不起還有什么比這更令人興奮的發(fā)現(xiàn)。這給了所有人希望，我們將會(huì)有一個(gè)更健康的未來。我們都想知道，為何人們年輕時(shí)身體更強(qiáng)壯，思維更敏捷，這兩篇論文給我們指出了可能的答案：年輕時(shí)人們體內(nèi)的GDF11水平更高。GDF11在恢復(fù)老化肌肉和腦功能方面有著驚人的能力，至少在動(dòng)物中這似乎沒什么問題。”

偉杰斯是研究肌肉的干細(xì)胞生物學(xué)家；魯賓主要研究神經(jīng)退行性疾病，用病人的干細(xì)胞作為標(biāo)靶來開發(fā)藥物；李是執(zhí)業(yè)心臟病專家和研究員。麥爾登說，他們的組合“是哈佛干細(xì)胞研究所一個(gè)的榜樣，把不同生物領(lǐng)域有*想法的專家匯集在一起”。