Nature子刊:生于忧患、死于安乐,刺激的环境,会让大脑保持年轻

2021
07/06

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生物世界
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撰文 | 王聪

编辑 | nagashi

排版 | 水成文


无论是人类,还是小鼠等动物,基因组中包含了数万个基因,然而,决定其细胞功能和健康与否的不仅是这整体的基因蓝图,实际上更重要的是其中哪些基因开启或关闭。


众所周知,衰老、生活条件、行为,以及环境因素,都会影响上述开启或关闭基因的能力,这种被称为“表观遗传学(epigenetics)的现象已成为当前的研究热点。


2000多年前,孟子就曾说过——生于忧患、死于安乐。这告诉了我们,一个人所处的环境会对他的一生会产生多么大的影响。


近日,德国德累斯顿工业大学再生疗法中心的研究人员在 Nature 子刊 Nature Communications 期刊发表了题为:
Environmental enrichment preserves a young DNA methylation landscape in the aged mouse hippocampus 的研究论文。


通过 单核苷酸分辨率的全基因组DNA甲基化测序,证明了高刺激环境还能恢复大脑海马中大量与年龄相关的DNA甲基化变化,表明高刺激环境能够使大脑的记忆控制中心海马体保持年轻。这也说明了 为什么积极、多样的生活有助于在老年时保持精神健康。


衰老 与大脑功能逐渐下降有关,具体表现为认知障碍、神经退行性疾病风险增加和神经可塑性丧失。衰老过程中大脑功能的下降与表观遗传变化有关,包括DNA甲基化

生活方式因素,包括体育锻炼、认知刺激和社交互动,可以减轻人类与年龄相关的大脑功能下降,改善衰老过程中的大脑功能,但它们对与年龄相关的表观遗传变化的影响尚不清楚。

随着年龄的增长,DNA甲基化水平会逐渐降低,因此DNA甲基化水平可做为一个表观遗传学时钟,用于衡量衰老水平,追踪一个人的生物学年龄。

那么生活方式是否会通过改变DNA甲基化水平来影响衰老过程中的大脑功能呢?

为了验证这一点,研究团队在小鼠中进行了研究,他们让两组小鼠在不同环境中长大,一组从小就生活在有各种玩具和隧道管的刺激丰富的环境中,另一组则没有这些。

然后,对这两组小鼠的基因组进行检测,结果发现,那些在刺激环境中长大的小鼠,随着年龄的增长,它们的DNA甲基化水平下降更少。而在低刺激环境中长大的小鼠,它们的DNA甲基化水平则下降的更为明显。这些DNA甲基化水平的改变本身不会影响遗传信息,但是它们会影响一个基因是否被激活或激活水平。

这些检测结果意味着, 在刺激环境下长大的小鼠,它们在某种程度上保持了更年轻的状态

研究团队进一步发现,刺激环境影响了小鼠大脑海马体中新生神经元和细胞连接相关的基因,海马体是大脑中的记忆控制中心。从表观遗传上来讲,生活在刺激环境中的小鼠保持了更年轻的大脑海马体

与在低刺激环境中长大的同龄小鼠相比,在刺激环境中长大的小鼠的大脑更具延展性,具有更大的“神经可塑性”。


许多其他研究已经表明,在高刺激环境中生活的小鼠在记忆测试中的表现优于在低刺激环境中生活小鼠

该研究的通讯作者 Gerd Kempermann 表示,这种优异表现很可能是由于刺激环境中生活的小鼠的DNA甲基化水平更稳定。

最后,Gerd Kempermann 表示,虽然对于人类而言,生活方式如何影响行为,以及人类对外部环境刺激的反应方式,比小鼠要复杂的多,但人类与小鼠的基本表观遗传原理是一致的。

总的来说, 高刺激环境具有预防和抵消老年动物大脑功能障碍的巨大潜力,包括突触可塑性、海马神经发生和认知能力 。通过 单核苷酸分辨率的全基因组DNA甲基化测序,证明了高刺激环境还能恢复大脑海马中大量与年龄相关的DNA甲基化变化。这些发现提供了一个潜在机制:与环境的积极互动,能够在整个神功周期中支持和促进大脑功能。

论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-021-23993-1



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关键词:
环境,刺激,大脑,小鼠,生活

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