年轻血液回输能改善衰老认知，原因是什么？

niwanmao

随着全球人口老龄化加剧，与年龄相关的认知衰退和痴呆症发病率不断上升，寻找延缓甚至逆转这一趋势的治疗方法成为迫切需求。

近年来，年轻人血液的“返老还童”效应引起了广泛关注。异种共生实验表明，将年轻动物和老年动物的循环系统连接起来，可以逆转老年小鼠的神经发生、突触可塑性和认知功能的年龄相关损伤。 尽管年轻血液的逆转衰老研究发展迅速，但究竟是血液中的哪些成分发挥了关键作用仍不清楚。

为此，Schroer等人采用了多种方法进行探索：
- 动物模型: 使用C57BL/6小鼠进行实验,包括年轻(3个月大)和老年(20个月大)小鼠,以及Pf4基因敲除(Pf4-KO)小鼠和Cxcr3基因敲除(Cxcr3-KO)小鼠.
- 血液收集与处理: 通过心脏穿刺从年轻和老年小鼠体内收集血液,经过离心分离出血浆和血小板组分,用于后续的系统给药实验.
- 系统给药: 将年轻血浆、血小板组分或生理盐水通过尾静脉注射的方式,多次给药到老年小鼠体内,以研究其对老年小鼠大脑的影响.
- 分子生物学检测: 利用RNA测序(RNA-seq)、实时定量PCR(qPCR)、免疫组化等方法,检测老年小鼠海马体及微胶质细胞的基因表达变化、炎症相关蛋白水平以及细胞形态等.
- 行为学测试: 通过新物体识别(NOR)、Y迷宫和条件恐惧等行为学实验,评估老年小鼠的认知功能变化.
- 人类样本检测: 收集健康年轻男性(20-35岁)和健康老年男性(60-75岁)的血液样本,分离出富含血小板的血浆,检测其中的PF4水平.

首先从小鼠和人体中分离了血浆和富含血小板的血浆，并通过蛋白质印迹法和 ELISA 检测了不同年龄段个体中 PF4 的水平。 结果显示，年轻个体的血浆和富含血小板的血浆中 PF4 含量显著高于老年个体。 这表明 PF4 可能与年轻血液的回春效应有关。

接着，将外源性 PF4 注射到老年小鼠体内，并观察其对大脑的影响。结果表明， PF4能够减轻海马体中的神经炎症，促进突触可塑性相关的分子变化，并改善老年小鼠的认知功能。 这些发现与年轻血液对老年小鼠大脑的积极影响相似， 进一步支持了 PF4 在年轻血液回春中起关键作用的假设。

那么如何确认此假设呢？Schroer等人进一步使用了 PF4 敲除小鼠 模型，以验证 PF4 的作用。 与野生型小鼠相比， PF4 敲除小鼠 在中年时就表现出认知功能下降，  海马体中的神经炎症也更加严重。  这表明 PF4 的缺失会加速衰老相关的认知衰退， 从反面证明了 PF4 在维持大脑健康和认知功能方面的重要性。

趋化因子受体 CXCR3 是 PF4 发挥作用的重要介导因子，因为在 CXCR3 敲除小鼠 模型中， PF4 对神经炎症、突触可塑性和认知功能的改善作用部分被阻断。  这表明 PF4 至少部分是通过 CXCR3 受体发挥作用的。

最后汇总一下PF4的作用机制：
- PF4 跨血脑屏障的能力:  利用 HiBiT 标记技术检测了 PF4 在不同组织中的分布。结果表明，PF4 主要存在于血浆和肝脏中，在大脑中并未检测到信号。这表明 PF4 可能通过外周机制发挥作用，而非直接作用于大脑。
- PF4 对促衰老免疫因子的影响:  PF4 能够降低血液中已知的促衰老免疫因子（如 CCL2、CyPA 和 TNF）的水平，这些因子与海马体衰老和认知功能下降密切相关。  这提示 PF4 可能通过调节外周免疫系统来间接影响大脑功能。
- PF4 对外周免疫系统的影响: 通过 CITE-seq 分析，发现 PF4 能够使衰老的脾脏免疫细胞恢复到更年轻的状态，包括降低髓系细胞与淋巴细胞的比例、减少促炎信号的表达以及恢复更年轻的T细胞基因特征。  这表明 PF4 能够通过改善外周免疫系统的功能来延缓衰老。
- CXCR3 受体的作用: 趋化因子受体 CXCR3 在 PF4 的作用机制中发挥重要作用。CXCR3 主要表达于淋巴细胞和髓系免疫细胞，在大脑中几乎不表达。PF4 与 CXCR3 受体结合，激活下游信号通路，进而影响免疫细胞的功能和炎症反应。  敲除 CXCR3 基因后，PF4 对神经炎症、转录变化和认知功能的改善作用部分被阻断，这表明 CXCR3 介导了 PF4 的部分有益效应。


未来的研究需要进一步阐明 PF4 与 CXCR3 受体相互作用的具体机制，以及其他潜在的作用靶点。 此外，还需要开展临床试验来验证 PF4 在人体中的安全性和有效性，以期将其开发成为治疗与年龄相关的认知衰退和痴呆症的新型疗法。



参考文献：Schroer AB, Ventura PB, Sucharov J, Misra R, Chui MKK, Bieri G, Horowitz AM, Smith LK, Encabo K, Tenggara I, Couthouis J, Gross JD, Chan JM, Luke A, Villeda SA. Platelet factors attenuate inflammation and rescue cognition in ageing. Nature. 2023 Aug;620(7976):1071-1079. doi: 10.1038/s41586-023-06436-3. Epub 2023 Aug 16. PMID: 37587343; PMCID: PMC10468395.