Cell：细胞衰老与大脑结构的变化有关

西奈山伊坎医学院的研究人员揭示了细胞衰老——一种衰老细胞改变其功能的生物学过程——如何与人类大脑结构在发育期和晚年相关联。这项发表于《细胞》杂志的研究提供了新的见解，表明发育期和衰老期存在的细胞衰老分子特征与大脑体积和皮质组织方式有关。

理解大脑结构是神经科学的一个核心挑战。尽管大脑结构在整个生命过程中发生变化，并且与衰老以及帕金森病和阿尔茨海默病等神经退行性疾病相关，但其背后涉及的分子过程——包括细胞衰老——尚未被明确定义。

细胞衰老通常被定义为一种在没有细胞死亡的情况下，细胞周期永久停滞的状态，此时细胞的功能发生了改变。虽然细胞衰老被认为与衰老和疾病有关，但它在塑造人类大脑结构（无论是在发育期还是衰老期）中的作用仍不清楚。

"这是第一项直接将活体人脑组织中衰老相关的分子网络与同一个体大脑结构的可测量差异联系起来的研究，"西奈山临床智能中心数据科学主任兼创始成员、人工智能与人类健康助理教授、论文共同资深作者Noam Beckmann博士说。"通过识别同时参与大脑结构发育和衰老的分子通路，我们的工作凸显了衰老是大脑衰老和神经退行性疾病的一个基本生物学特征，并有助于为未来旨在保护大脑健康的实验研究确定优先靶点。"

这项研究中用作发现队列的一个关键资源是"活体大脑项目"。该项目独特地将通过深度脑刺激手术获取的前额叶皮层活检与脑成像数据配对，使得研究人员能够在同一个活体个体中共同研究分子和结构特征。

研究团队开发了一种定义人脑组织中衰老细胞的方法，并利用该资源来检查衰老相关基因表达与大脑结构之间的关系。

"这项研究通过直接将大脑的分子特征与同一个体的神经影像测量结果联系起来，填补了该领域的一个主要空白，"西奈山伊坎医学院查尔斯·布朗夫曼个性化医学研究所所长、温德里希人工智能与人类健康系副主任、论文共同资深作者Alexander W. Charney博士说。"通过利用活体大脑项目的数据集，我们可以开始理解衰老相关的生物学过程如何在不同细胞类型和整个生命周期中对大脑组织产生不同的影响。"

该研究最引人注目的发现之一是，有证据表明细胞衰老在大脑结构中的作用因细胞类型和生命阶段而异。与小胶质细胞（大脑中的主要免疫细胞）衰老相关的基因与更大的脑容量相关，而兴奋性神经元中衰老相关基因则与衰老大脑中较小的脑容量相关。

值得注意的是，兴奋性神经元的这些发现在生命早期也被观察到，这首次提供了证据，表明衰老相关过程在胚胎发育后不久就开始起作用。

"我们很高兴利用我们的新方法在衰老和发育中的大脑中都看到了衰老的明确迹象，"该研究的第一作者、西奈山伊坎医学院前神经科学研究生、现任博士后研究员Anina N. Lund博士说。

"我们的结果支持大脑细胞衰老是'拮抗性多效性'的一个例子——即某些基因在生命早期有助于生存或生育能力，但在后期造成损害，导致衰老和疾病。大多数先前的研究仅将大脑细胞衰老与大脑衰老联系起来，但我们在发育期也发现了这一过程，表明它不仅仅是衰老或疾病的标志；它可能在早期大脑发育中也扮演着关键角色。"

"医学上最伟大的进步往往不是通过发明完全崭新的手段，而是通过对已有事物的独特理解实现的，"西奈山神经调控中心主任、"活体大脑项目"联合负责人Brian Kopell博士说。"这项工作代表了活体大脑项目能力的又一成果，即能够以独特的组合方式利用已知的数据类型，为未来的疗法铺平道路。虽然大脑'衰老'或变得脆弱在很大程度上被认为是衰老的正常过程，但这个数据集提供了一个挑战这一观念的机会。"

虽然这些发现并未指向立即的治疗方法，但它们为理解大脑结构如何随时间变化以及与年龄相关的差异如何出现提供了一个框架。作者承认该研究的局限性（队列规模相对较小且具有临床特异性；聚焦于前额叶皮层；发现的是关联性，而非因果证据），但相信他们的发现为未来的研究奠定了重要的基础。

未来的研究方向包括扩展到更大、更多样化的队列，完善细胞类型特异性的衰老定义，并进行实验研究以确定衰老相关通路是否对大脑结构有因果影响。这些努力共同有助于阐明衰老在何时何地支持大脑健康，以及何时可能导致衰老期以及在阿尔茨海默病、帕金森病和其他神经退行性疾病中的脆弱性。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Anina N. Lund et al, Establishing the relationship between brain cellular senescence and brain structure, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2025.10.014.