Nature重磅综述精读：衰老和年轻化过程中的“血

　　翻译 by 方帅淇、陆晓雍、张彬、尹剑

　　血液时刻与大脑进行“沟通”，影响着大脑的健康和功能。在衰老过程中，血液中发生的变化可能会促进大脑的衰老。利用分子手段和生活方式干预等系统性措施，人们似乎有望通过改善血液状态，从而逆转大脑的衰老状态，使大脑年轻化。2023年1月16日，美国加州大学旧金山分校的Saul A. Villeda教授团队在Nature Neuroscience发表了题为“Blood-to-brain communication in aging and rejuvenation”的综述，系统性总结了血液中的细胞和可溶性信号对大脑衰老和年轻化的影响。

　　摘要

　　机体衰老会诱使大脑发生分子、细胞和功能性变化，这些变化会导致认知能力的下降，并造成罹患痴呆症相关神经退行性疾病的风险增加。异体共生、更换年轻血液、运动和热量限制等系统性干预方式，挑战了普遍认为的大脑衰老难以逆转的观点，同时证明了衰老导致的细胞损伤和认知能力下降可以被恢复到年轻水平。蛋白质组学和转录组学的发展使得研究者们能进一步探究组织间通讯对大脑衰老的功能性影响，并在血液中鉴定出多种促进衰老或年轻化的因子。在该综述中，作者从系统生理学的角度探讨了血脑通讯，同时强调了血液来源信号对大脑影响的双面性——诱导衰老相关脑功能紊乱和促使大脑年轻化。

　　正文

　　大脑和认知能力之间的紧密联系是人们自我感知的基础。大众常认为大脑是一个独立于外周组织相互作用的器官。然而，没有比衰老更能驳斥这一观点的过程，头发变白、肌肉力量减弱、记忆力减退等过程不断提醒着人们衰老的发生。事实上，衰老是一个导致组织间通讯和调节发生实质性改变，影响身体所有器官的过程。研究人员开始利用不断发展的蛋白质组学技术和单细胞转录组测序技术解析组织间通讯对大脑衰老的功能影响，研究人员利用分子方法研究系统性干预方式，例如异体共生（通过手术将年轻和年老动物的循环系统连接起来）、更换年轻血液、运动和热量限制，这些研究揭示了血液介导的使衰老大脑年轻化的作用，并驳斥了大脑衰老是不可逆的观点。本综述将首先概述得到充分证明和正在研究的大脑衰老相关的标志性细胞事件，然后将说明血液来源的细胞和可溶性信号如何影响大脑衰老，最后会总结对大脑有益的系统性干预方式中涉及到的组织、细胞和下游血液因子。本篇综述中，作者们将恢复认知功能和逆转衰老相关的标志性细胞事件的过程称为“再年轻化”。

　　衰老对大脑的影响

　　大脑衰老的功能性后果是由分子和细胞变化驱动的认知能力下降，例如记忆力丧失。在此，作者归纳了已得到广泛验证和新提出的大脑衰老标志性细胞事件，并着重关注了那些可作为促进衰老和再年轻化干预靶点的细胞事件（图1）。作者们将生理性衰老和神经退行性疾病发展过程区分开来，后者的特点是神经细胞的选择性丢失、蛋白质病理性聚集以及其它的分子和细胞变化。上述特点都值得再深入探究讨论。尽管如此，鉴于衰老依旧是衰老相关疾病例如阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease，AD）的首要风险因素，改善衰老过程中细胞功能和认知能力的系统性干预措施也可用于神经退行性疾病的治疗。

　　神经功能障碍

　　大脑衰老的一个核心标志是神经元功能的不良适应性变化，例如突触可塑性相关基因的表达降低，突触密度降低和异常的电生理活动。虽然显著的神经元衰老表型并不会在所有脑区以同等水平表现出来，但包括海马体在内的一些脑区对衰老的影响很敏感。在功能上，衰老相关的分子和细胞变化可能会导致神经元兴奋性的升高或降低，这取决于神经细胞的类型和脑区。这些变化的特异性提示复杂的兴奋性和抑制性输入之间的紊乱，和更广泛的不良的适应性回路变化，并进一步导致空间学习和记忆、联想记忆、情景记忆和工作记忆等过程相关的认知能力下降。

　　再生能力下降

　　哺乳动物大脑衰老的一个特点是再生能力的急剧下降，这是由于成体神经干细胞（Neuronal Stem Cells，NSCs）和少突胶质细胞祖细胞（Oligodendrocyte Progenitor Cells，OPCs）的变化导致。成体的神经发生能力（即神经干细胞生产神经元的过程）在下列三个脑区中急剧下降：海马体齿状回（Hippocampal Dentate Gyrus，DG）、侧脑室中的室下区（Subventricular Zone，SVZ）和下丘脑。值得注意的是，成体NSCs在人类DG中的持续性存在依旧存在争议。尽管神经发生能够调节年轻啮齿动物的学习和记忆，但是神经发生的减少对老年时期认知能力下降的功能性影响仍不清楚。与之相反，衰老过程中OPCs的数量在灰质和白质中的分布保持相对稳定，而少突胶质细胞的分化速率和髓磷脂的更新速率则随衰老急剧下降。衰老相关的再生能力下降既是由细胞内源性机制，也由神经源性微环境和系统性环境这些外在变化所导致。

　　图1. 大脑衰老的标志性事件。 本图展示了基于血液的促衰老和再年轻化研究中大脑衰老过程中发生的标志性细胞事件。这些事件被分为四类：神经元和神经回路的功能性改变（“神经方面”），成体NSCs相关的再生性改变和OPCs和髓磷脂更新相关的神经生成变化（“再生方面”），小胶质细胞和星形胶质细胞相关的炎症改变（“炎症方面”），BBB相关的血管改变（“血管系统方面”）。简称：↓，降低；↑，升高；EC，内皮细胞；IEG，即刻早期基因；NPC，神经前体细胞；pCREB，磷酸化CREB；RMT，受体介导转运作用；ROS，活性氧；红色圆点代指BECs中的炎症变化。

　　神经炎性变化

　　研究人员越来越重视的一个大脑衰老标志是神经炎症，其主要由驻留在大脑中的巨噬细胞——小胶质细胞介导。小胶质细胞的衰老伴随着活性氧的生成增加、促炎因子和补体系统的表达增加、广泛的形态变化和吞噬功能的损伤。在功能上，衰老相关的小胶质细胞吞噬功能障碍与认知能力下降有关。小胶质细胞通过在衰老的大脑中释放促炎因子和补体成分，在星形胶质细胞反应中发挥关键作用。随着机体逐渐衰老，星形胶质细胞变得更具“反应性”，其特点为突触清除、神经毒性和少突胶质细胞毒性相关的基因表达上调。小胶质细胞和星形胶质细胞通过分子信号（如补体）的改变，在一定程度上共同调节衰老过程中的突触修剪。人们越来越重视大脑中小胶质细胞和星形胶质细胞，在发育过程中和成年时的功能异质性。更广泛地说，神经炎症变化也可能受到其它类型细胞的调控，例如屏障相关巨噬细胞和多种驻留在大脑屏障中的免疫细胞，提示这些细胞可能与大脑衰老和认知下降有关。

　　血管和血脑屏障变化

　　大脑中的血管系统形成一种特殊的血脑屏障（Blood–Brain Barrier，BBB），它调控营养物质、分子和细胞从血液到大脑的运输。大脑的血管系统的衰老特点是血管形态和硬度的改变、脑血流量（Cerebral Blood Flow，CBF）和组织氧合的失调。传统上，人们认为BBB随着衰老开始溃散，使得导致认知障碍的分子泄露。最近，单细胞转录组测序技术的发展已开始解析脑内皮细胞（Brain Endothelial Cells，BECs）和其它大脑脉管系统的细胞成分。BECs上的炎症和应激反应标志物随衰老呈现区域和节段特异性增加，而细胞密度、体积和周细胞覆盖度随衰老而降低。在年轻动物上进行的标记全血浆蛋白质组实验表明，BECs还有脑实质中的神经元和胶质细胞摄取了大量蛋白质。在年老小鼠中，由于BECs的转胞吞作用发生显著变化，其对血浆蛋白的摄入大幅下降。尽管这些被转胞吞的血浆成分暂时未知，但其发生的衰老相关变化，与衰老过程中配体特异性受体介导的转运作用向非特异性的质膜微囊介导的转胞吞作用改变这一过程相一致。衰老相关的血管和BBB变化从根本上改变了血液信号传递到大脑的方式。此外，关注对脉络丛（Choroid Plexus，CP）血液-脑脊液（Cerebrospinal Fluid，CSF）屏障的研究（框1）开启了人们理解大脑衰老的新思路。

　　框1：血液-脑脊液屏障。

　　脉络丛是脑室中特化的且高度血管化的上皮，构成紧密调控血液和CSF的界面，被称为血液-脑脊液屏障。CP中的室管膜细胞是CSF的主要生产者，CSF充斥在脑室系统和蛛网膜下腔和大脑和脊髓的周围。CSF中含有来自CP和大脑实质的因子，并在营养供给和废物移除等稳态功能中发挥重要作用。由于脑实质和CSF之间没有屏障，CSF中的因子对CNS有着广泛的影响。CP是多种免疫细胞驻留的动态池，同时在衰老和疾病状态下也充当着免疫细胞进入CFS和脑实质的入口。CP对外周和脑来源的信号均有应答。因此，研究者认为CP是敏感的炎症信号的感受器并发挥着将外周炎症信号传递至CNS的潜在作用。

　　随着衰老，CP发生剧烈的形态和功能变化，包括炎症水平升高、屏障完整性降低、CSF生成减少和CSF组分的变化。CP上皮中的衰老相关的炎症变化，部分是由于系统性环境和CD4+ T细胞介导的，最终导致CSF成分的改变。这些变化包括干扰素信号的变化和促炎因子生成的升高。研究者发现衰老的CP会上调促衰老因子趋化因子C-C模式受体（CCL）11的表达，在人类CSF中也发现了衰老相关的CCL11表达的升高。在功能上，CP和CSF的衰老相关改变和再生能力的下降，胶质细胞激活程度的升高和受损的认知功能紧密相关。因此，年老小鼠的CSF对SVZ的NSC的功能有着负面影响，部分是由于衰老CSF中IGF1信号和骨形态蛋白5（Bone morphogenetic protein 5，BMP5）信号的降低。相反地，近期异体输注CSF实验中，将年轻CSF注入衰老小鼠侧脑室增强了海马体OPCs的增殖和分化，也提高了小鼠认知能力。成纤维细胞生长因子17（Fibroblast growth factor 17，FGF17）被鉴定为神经元来源的因子，同时发现它随着衰老在CSF中降低，而将它注入衰老小鼠的CSF中可以模拟CSF异体输液的效果。这些发现表明血液-脑脊液屏障是系统性环境的重要感受器也是血脑通讯的转接站。

　　血液来源信号和大脑衰老

　　在过去的十年里，研究人员通过异体共生或异体血液交换实验将年轻和年老动物连接起来，实验结果显示年轻动物衰老大幅加速（图2），提示衰老个体血液中的某些成分是驱使衰老大脑功能失衡的因素。年轻小鼠在接触到来自衰老系统性环境的血液因子或细胞后，成体海马体和SVZ的神经发生下降，长时程电势（Long-term potentiation，LTP），即突触传递和学习和记忆的神经连接的指标也出现降低。引人注意的是，单独注射衰老血浆也可以降低年轻受体小鼠的神经生成、增加小胶质细胞和BECs的炎症水平和损害海马体依赖的认知功能。近期的研究开始解析衰老血液中的单独组分，包括细胞和血浆中的可溶性因子，从而初步解释衰老状态的系统性环境对大脑的负面影响。

　　图2. 促衰老干预。棕色外观代指年轻小鼠，灰色外观代指年老小鼠。在异体共生实验中，通过手术将两只小鼠连接起来维持4-6周，使得年轻小鼠暴露在衰老状态的系统性环境。在异体血液交换实验中，年轻小鼠体内约50%的血液（包括细胞和血浆）被替换为年老小鼠的血液，并不通过手术将小鼠连接起来。在衰老血浆输入实验中，收集年老小鼠的血浆，并连续3-4周静脉注射到年轻受体小鼠体内。在衰老HSC移植实验中，利用年老小鼠的HSC重建年轻小鼠的造血系统。发现小鼠的神经、再生、神经炎症和/或血管功能都受到了促衰老影响。简称：↔，无变化；hipp，海马体；? 代指可获得的数据有限。

　　循环免疫细胞与大脑衰老

　　衰老会导致免疫细胞成分和功能的剧烈变化，并增强局部或系统性的炎症。一般认为，在成体处于稳态时，大脑实质缺乏外周免疫细胞。相比之下，中枢神经系统（Central Nervous System，CNS）的屏障区（包括脉络膜、脑膜和颅骨骨髓）则充满了各种各样的先天和适应性免疫细胞。

　　衰老的髓系细胞表现出大量促炎状态相关的细胞和功能的变化，这些髓系细胞可能是外周和中枢神经系统中促衰老因子的来源。其中，EP2受体介导的前列腺素E2信号在髓系细胞中升高，进而损害代谢稳态，加剧促炎信号。在外周髓系细胞中选择性抑制EP2信号传导足以逆转血浆中促炎细胞因子水平，恢复海马LTP并恢复老年小鼠的认知能力。

　　通过谱系追踪研究异体共生和骨髓重建发现，衰老的脑实质中只有部分浸润的循环免疫细胞存在。同样，人类死后的组织学分析发现，皮层中B细胞和T细胞的分布和密度没有显著的年龄差异。然而，有这样一种可能，衰老过程中大脑造血免疫细胞群的微小变化影响了这些细胞的功能。令人惊讶的是，最新研究发现，在老年人和小鼠的海马体中自然杀伤（natural killer，NK）细胞的数量增加。在老年啮齿动物中，NK细胞在DG区局部扩增，并且细胞毒性标志物表达升高。而清除NK细胞会改善老年小鼠的神经发生和认知功能。

　　表1. 促衰老血液因子和免疫细胞。促衰老因子/细胞列表， 包括其在动物模型中的作用，对脑衰老的影响，以及可能的作用机制。对人类大脑衰老和退化的潜在转化结果进行了评估。KO，敲除；MCI，轻度认知障碍。“？”表示支持数据有限。

　　T细胞是衰老相关脑功能障碍的潜在驱动因素（表1）。CD8+T细胞在老年小鼠和人类侧脑室SVZ中增加，并通过增加干扰素-γ信号导致成体神经发生障碍。此外，在老年啮齿动物的鼻窦附近和海马区域也发现了T细胞，在老年恒河猴的白质的血管周围和实质区发现了T细胞的增加。尽管在脑实质中与衰老相关的T细胞变化相对温和，但在啮齿动物神经变性模型和阿尔茨海默病患者CSF中，已有研究发现T细胞的显著增加。免疫细胞群在多大程度上直接作用于大脑，或通过与脑血管系统或血脑屏障或分泌系统因子的相互作用间接作用于大脑，需要在衰老和神经退行性疾病中进一步研究。

　　促衰老的血液因子是脑功能障碍的驱动因素

　　异体共生和老年血浆灌注（图2）的实验表明，在某种程度上，老年血液的有害影响可以通过促衰老血液因子来模拟。利用蛋白质组学方法可以确定血浆中的一系列血液因子，这些因子随年龄增长含量增加，并促进脑产生衰老表型。这里仅强调可在年轻个体上处理并重现与衰老相关的细胞损伤和认知功能障碍的促衰老血液因子（表1）。

　　细胞因子和趋化因子

　　细胞因子和趋化因子（广泛调节免疫反应和细胞运输的分泌蛋白）是重要的具有神经调节特性的促衰老因子。在老年啮齿动物和异体共生的年轻个体的血浆中C-C趋化因子家族的几个成员含量增加。在啮齿动物和人类的血浆和脑脊液中CCL11或eotaxin-1的含量升高。研究表明，使用CCL11系统性干预会导致小鼠海马神经发生减少，小胶质细胞激活以及认知功能损伤。放射性标记实验表明，CCL11可以穿过啮齿动物血脑屏障。此外，CCL11对神经发生的负面影响可以通过中枢递送中和抗体来阻断，这表明CCL11在海马体中起局部作用。有趣的是，CCL11基因位于具有其他C-C基序基因（包括CCL2（MCP-1））的基因组区域，其产物含量在老年小鼠和异体共生年轻个体的血浆中升高。CCL2与血脑屏障功能障碍和通透性有关。对人类而言，CCL11和CCL2的表达水平与轻度认知障碍或AD个体的认知能力下降有关，并与记忆功能呈负相关，这表明它们对认知的有害影响可能在物种中是保守的。

　　MHC-I的组成

　　β2-微球蛋白（β2-microglobulin，B2M）是主要组织相容性复合体I类（major histocompatibility complex class I，MHC-I）分子的可溶性轻链，在老年小鼠和老年人的血浆和脑脊液中含量升高。通过输入B2M来模拟衰老相关的B2M增加，可以减少小鼠成年海马神经发生并损害其认知功能。对人类而言，B2M水平在阿尔茨海默病和人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）相关痴呆患者中升高，这表明B2M与认知障碍有保守的关联。有趣的是，B2M和MHC-I基因在衰老大脑的各种细胞类型中上调，将B2M直接递送到海马体也会损害神经发生和认知。在缺乏细胞表面经典MHC-I表达的小鼠中，并未发现这些负面影响，这表明MHC-I的分子效应可能取决于大脑中细胞类型特异的MHC-I分子。缺乏B2M的老年小鼠显示出神经发生增加和认知增强，这表明靶向B2M可能是恢复衰老大脑功能的可行治疗途径。值得注意的是，转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β1被认为是外周和中枢神经系统中B2M表达的潜在调节因子。抑制老年小鼠TGF-β1信号传导可降低B2M水平，增强神经发生。因此，TGF-β1和B2M可能通过相同途径，促进衰老大脑再生过程的衰退。

　　造血系统诱导因子

　　衰老相关的免疫系统变化以及促衰老免疫因子在脑功能障碍中的作用表明，造血系统衰老是脑衰老的驱动因素之一。炎症损伤已被证明可以诱导造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）的衰老标志物增加。此外，异体造血干细胞移植（即用年老的造血干细胞重建幼鼠的骨髓）使受体小鼠的突触密度降低，海马神经发生减少，认知功能受损（图2）。质谱分析确定了几种潜在的与异体HSC移植模型中造血系统衰老相关的促衰老血浆因子。小鼠分泌的亲环蛋白A（cyclophilin A，CyPA）与认知能力呈负相关。提高CyPA的水平会损害年轻小鼠的认知功能，而中和抗体治疗会增强老年小鼠的神经元和认知功能。这些发现表明，中和衰老血液中的单个成分可能提供一种可行的治疗策略，使衰老大脑再年轻化。尽管衰老过程中CyPA的细胞来源尚不清楚，但研究人员已证明CyPA可作用于BECs，这表明它可能通过靶向脑血管系统和血脑屏障完整性间接调节脑功能。

　　脉管系统衍生因子

　　最近的一些发现证实了脑血管系统是促衰老因素的潜在来源。血管细胞粘附分子1（Vascular cell adhesion molecule，VCAM1）是一种主要表达于脑血管静脉和动脉段BECs上的膜蛋白。VCAM1在炎症刺激（如衰老的全身环境）时表达上调，并促进白细胞与脉管系统的相互作用。由于衰老时VCAM1脱落，老年小鼠和老年人群血浆中可溶性VCAM1水平升高。此外，AD患者循环VCAM1水平升高，而VCAM1水平升高与认知障碍有关。用VCAM1中和抗体或选择性地在BECs中基因敲除Vcam1治疗老年小鼠，可增加海马神经发生，减少小胶质细胞激活，增强认知功能。因此，内皮细胞的VCAM1至少在一定程度上参与了将衰老相关信号从外周传递到脑实质的过程。

　　酸性鞘磷脂酶（Acid sphingomyelinase，ASM）是内皮细胞分泌的一种鞘脂代谢酶。与VCAM1类似，ASM在衰老的脑血管中表达升高，小鼠和人血浆中分泌的ASM水平随着年龄的增长而增加。通过遗传方法或靶向敲低方法使ASM水平正常化，可使血管密度和囊泡胞饮恢复到年轻时的水平，增加海马突触数量，改善老年小鼠的认知功能。总之，对VCAM1和ASM的研究表明BECs是系统性促衰老因子的关键来源，并进一步明确了脑血管系统在衰老过程中作为血脑通信纽带的重要性。

　　危险因素，合并症和大脑衰老

　　在老年人群和动物模型中，神经退行性疾病相关的风险因素及其合并症（包括肥胖、糖尿病、高血压、心血管疾病和慢性炎症）与认知能力下降有关。例如，肥胖动物模型表现出突触可塑性受损，神经炎症增加，海马神经发生减少等。同样，慢性和急性炎症，如伴随有脑雾的长新冠（COVID-19）和呼吸道新冠感染的动物模型，都显示出神经炎症、再生功能和认知能力变化，反映了先前描述的大脑衰老的特征。此外，血浆CCL11水平在新冠动物模型和新冠患者中升高，CCL11最初被描述为异体衰老中的促衰老因子。因此，针对危险因素和合并症的治疗或生活方式干预可能通过参与促衰老的驱动因素直接或间接地恢复衰老大脑的功能。

　　系统性再年轻化的干预

　　越来越多的工作研究了年轻血液对衰老大脑的影响，以及年轻的全身环境是否能改善衰老相关的脑功能障碍。同样，生活方式干预（包括锻炼和热量限制）可以使衰老的大脑再年轻化。这些系统和生活方式的干预表明，衰老大脑潜在的可塑性，可以用来改善晚年的认知功能。在这里，本文总结了每种系统干预方式的再年轻化效果（图3）。

　　图3. 再年轻化的干预措施。干预措施分为血液干预和生活方式干预。年轻的老鼠为棕色外表，年老的老鼠为灰色外表。基于血液的干预：在异体共生中，通过手术将老年小鼠与年轻小鼠连接4-6周。在年轻的血浆灌注中，从年轻的供体小鼠收集血浆部分，并在3-4周的时间内静脉输送给老年受体小鼠。在中性血液交换中，从老年小鼠身上取出大约50%的血浆，用生理盐水和白蛋白代替。在年轻骨髓移植中，用来自年轻的供体小鼠的骨髓细胞重建老年受体小鼠的免疫系统。生活方式干预：体育锻炼模式可以有不同的持续时间和强度。热量限制模式是指在不出现营养不良的情况下将热量摄入减少10%-50%的饮食干预措施。已经评估了衰老小鼠的神经、再生、神经炎症和/或血管功能的恢复作用。

　　基于血液的干预

　　异体共生已证明可以使衰老的肌肉、肝脏、心脏、胰腺、骨骼、脊髓和大脑再年轻化，最终延长寿命和健康寿命。在大脑中，它改善了多种细胞衰老标志，导致突触可塑性和突触密度增加，海马和SVZ神经发生增加，血管密度和CBF增加，前脑细胞衰老标志物减弱。同样，通过异体骨髓移植，用年轻免疫细胞恢复衰老血液的细胞成分增加了老年小鼠的突触密度，减弱了小胶质细胞的激活，增强了海马依赖性认知功能（图3）。

　　多个报告显示，全身灌注年轻血液的血浆成分可有效逆转老年小鼠海马依赖性认知和再生功能障碍（图3），在这一过程中至少部分是通过激活转录因子cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response element-binding protein，CREB）来增强突触可塑性介导的。同样，通过中性血液交换，即用生理盐水-白蛋白溶液稀释老年小鼠约50%的血浆，可以增强再生能力，减轻小胶质细胞的激活，改善认知能力（图3）。此外，通过中性血液交换稀释老年个体血液，可以提高已知的改善大脑健康和功能的血浆因子水平，这表明衰老可能会抑制潜在的促年轻因子。目前基于年轻血液灌注和血浆交换的方法治疗衰老相关的神经退行性疾病，如阿尔茨海默病，正在进行临床前和临床研究测试。总的来说，这些以血液为基础的再年轻化的干预措施说明，无论给予促年轻因子，还是阻断或减少促衰老因子都可以作为逆转大脑衰老相关功能障碍的潜在治疗方法。

　　体育锻炼与运动

　　体育锻炼和有氧运动可以减轻啮齿动物、非人类灵长类动物和人类与衰老相关的认知功能障碍。大脑衰老的细胞和分子特征可以通过运动得到改善（图3）。一些研究已经报道了运动对血管衰老的益处，包括增加血管密度和BECs的周细胞覆盖率，以及减少血管渗漏等。运动的有益影响涉及驻留在实质的细胞类型。现有研究证明，运动可以增加突触可塑性，增强成人海马神经发生，并通过减少小胶质细胞和星形胶质细胞的反应性来减轻神经炎症。此外，最近的研究表明，运动小鼠的血浆可以将运动对大脑和认知功能的有益影响转移到年轻和老年小鼠以及AD病理小鼠中。大脑中许多运动带来的改善是由脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）介导的。

　　热量限制

　　热量限制，即在避免营养不良的情况下减少10-50%的热量摄入，已被证明可以增强老年啮齿动物、非人类灵长类动物和人类的学习和记忆能力。热量限制可以维持衰老大脑中的白质和灰质的完整性，同时保留CBF。在实质中，老年人的热量限制促进了突触形成和其他突触可塑性标志物的表达，增加了神经发生，降低了神经炎症标志物水平（图3）。热量限制对衰老大脑的有益影响可以归纳为几个方面：有利的代谢改变，防止氧化应激，神经营养因子的产生和自噬的增加。此外，热量限制通过减少与认知障碍相关的危险因素和合并症，可能对衰老大脑有间接的好处。

　　血源性因子是恢复大脑活力的驱动力

　　在发现来自年轻或“运动”动物的血浆可以使衰老的大脑恢复活力之后，多个研究团队试图通过评估血液成分的变化来识别“年轻血液”和生活方式干预对衰老大脑影响的促年轻化因子。越来越多的有益因子以及恢复活力的机制被发现，突出了血液对衰老大脑的多方面影响，如下所述（表2）。

　　表2. 促年轻化的血源性因子。促年轻化因子的列表，包括了被确定的实验模型，在动物模型中对大脑衰老的影响，以及潜在的作用机制。对人类大脑衰老和退化的潜在转化结果进行了评估。Dcx、双皮质素；fAD、家族性AD；LPS、脂多糖。问号表示支撑数据有限。

　　年轻的血源性恢复活力因子

　　最早被报道的其中一个年轻血液促年轻化因子就是生长分化因子11（Growth Differentiation Factor 11，GDF11）。作为生长和分化因子活化素-TGF-β超家族的成员，GDF11最初被确定为胚胎发生过程中骨骼图式建立的介质。尽管与衰老相关的血液丰度动力学仍有争议，GDF11通过增加血管密度和CBF再现了异体共生对衰老大脑的一些有益影响，最终导致SVZ和DG的成人神经发生增强，并增加海马和皮层中神经元活动的标志物。令人惊讶的是，成人海马体内GDF11表达增加会抑制神经发生。当生物素标记实验确定循环GDF11无法穿过BBB时，这些不同的发现得到了解释。它们表明全身性GDF11通过BECs发出信号对衰老的大脑发挥其恢复活力的作用。

　　相比之下，第二种年轻的血液来源的促年轻化因子，骨源性激素骨钙素（bone-derived hormone osteocalcin，OCN），能够穿过BBB。当全身给药时，它可以与神经元结合，增加BDNF水平，促进兴奋性神经元的动作电位，并增强老年小鼠的学习和记忆力。有趣的是，利用抗体耗竭骨钙素的实验证明了其在年轻血浆改善老年小鼠海马认知功能中的必要性。

　　为了识别潜在的人类再年轻化因子，其他研究团队发现使用人脐带血浆可以使老年免疫缺陷小鼠的大脑恢复活力。在人脐带血浆中，组组织金属蛋白酶抑制因子2（Tissue Inhibitor of Metalloproteinases 2，TIMP2）和集落刺激因子2（Colony Stimulating Factor 2，CSF2）（又名粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF））被确定为在成年早期减少的两个因子。TIMP2和CSF2的放射自显影标记实验显示这两个因子都能穿透BBB。当全身注射时，这两个因子都足以增强老年小鼠的突触可塑性和海马依赖性记忆。CSF2还恢复了AD病理学模型小鼠的认知。

　　另外的工作将小鼠血清中随年龄增长而下调的因子在体外处理人诱导神经元来进行筛选，试图挖掘能作用于人类神经元的潜在促年轻化因子。这项工作揭示了两个能够促进突触发生和树突分支的因子：分泌型基质细胞蛋白血小板反应蛋白4（Thrombospondin 4，THBS4）和SPARC样蛋白1（SPARC Like 1，SPARCL1）。有趣的是，研究人员发现较低的血浆THBS4水平与来自常染色体显性AD家庭的无症状中年人的长期回忆受损有关。然而，尚不清楚THBS4或SPARCL1在全身给药时是否有益，或者它们是否可以穿过BBB直接作用于神经元。

　　补充方法也被用于识别可以使衰老大脑恢复活力的循环因子。长寿因子α-klotho的循环水平不随年龄增长而改变；然而，外周循环系统施用α-klotho片段可增强老年小鼠的突触可塑性和认知能力。尽管α-klotho似乎没有越过BBB，如标记实验所示，一篇报道表明它可能能调节CP血液-脑脊液屏障的炎症。同样，老年下丘脑内的炎症已被证明可以抑制促性腺激素释放激素（Gonadotropin-releasing hormone，GnRH）的表达，GnRH是一种负责调节生殖生物学的下丘脑神经肽，并驱动小鼠的衰老表型。有趣的是，GnRH的外周给药足以增强老年啮齿动物的海马神经发生并恢复认知功能。全身性GnRH可能通过缺乏典型的BBB的脑室周围器官靶向中枢神经系统。

　　身体活动和运动诱发因素

　　长期以来，人们认识到，在对急性/慢性有氧运动的反应中，被称为运动因子的体液因子从骨骼肌和其他代谢活跃组织（如肝脏和脂肪组织）释放出来，并能够介导运动的一些有益作用（表2）。

　　最早显示能增强老年动物大脑功能的运动因子之一是胰岛素样生长因子1（Insulin-like growth factor 1，IGF-1）。有氧运动期间血浆IGF1水平急剧升高，放射性标记实验表明，IGF1能够通过受体介导的转运方式穿过BBB。全身性IGF1升高能促进突触可塑性标志物和神经发生并改善与衰老相关的认知功能障碍。此外，全身阻断IGF1受体，至少在年轻大鼠中，足以消除跑步对海马体和空间记忆中BDNF产生的影响。表明运动对大脑的一些有益作用是由全身性IGF1促进的。

　　最近的工作已经开始强调肝-脑轴，通过该轴，肝脏来源的血液因子将运动的益处转移到衰老大脑。运动6周的老年小鼠和身体活跃的老年人血液中糖基磷脂酰肌醇（Glycosylphosphatidylinositol，GPI）特异性磷脂酶D1（Glycosylphosphatidylinositol Specific Phospholipase D1，GPLD1或Phosphatidylinositol-glycan-specific phospholipase D，GPI-PLD）水平升高，这是一种肝脏衍生的蛋白质，可从质膜中切割GPI锚定的蛋白质。此外，据最近的报道，长寿命突变小鼠品系和用延长寿命药物治疗的小鼠的肝脏和血浆GPLD1水平升高。增加老年小鼠肝脏来源的全身GPLD1水平重现了运动对海马神经发生和认知功能的益处。HiBiT标记的生物发光实验表明，GPLD1不容易穿过BBB。质谱分析表明，GPI锚定底物切割下游的凝血和补体信号级联的变化可能是恢复活力作用的介质。另一种主要由肝脏来源的蛋白质硒蛋白P（Selenoprotein P，SEPP1）在跑步4天的小鼠血液中上调。SEPP1通过结合LDL样受体8（LDL receptor related protein 8，LRP8）帮助硒穿过BBB，并且SEPP1和LRP8都是运动诱导的海马神经发生增加所必需的。此外，研究人员发现补充硒可以增加老年小鼠的海马神经发生并逆转认知功能障碍。这一新兴的工作体系强调肝脏是运动诱导的恢复活力的潜在枢纽，能够影响系统环境以改善与衰老相关的脑功能障碍。

　　最新研究发现簇集素（clusterin）又名载脂蛋白 J（apolipoprotein J，ApoJ）也是一种LRP8配体，主要在肝细胞和心肌细胞中表达，在运动4周后被确定为一种运动因子，对神经炎症和AD有影响。簇集素是一种多功能载脂蛋白，可作为细胞凋亡、炎症和补体活化的抑制剂。系统性使用的簇集素与BEC上的LRP8结合，并减轻注射脂多糖的年轻小鼠以及AD病理学模型小鼠的炎症。其他运动诱导的血液因子也被证明可以改善AD小鼠的大脑功能。鸢尾素是一种跨膜蛋白纤连蛋白III型结构域蛋白（Fibronectin Type III Domain Containing 5，FNDC5）被切割后释放的可渗透BBB的蛋白质，在自主运动3周的小鼠和高强度有氧训练12周的人体内发现骨骼肌衍生的鸢尾素循环水平增加。有趣的是，FNDC5和鸢尾素的水平在AD患者的大脑中降低。在AD病理学小鼠模型中，Fndc5或鸢尾素在外周和中枢的过表达已被证明可以增强突触可塑性、减少神经胶质激活并改善认知能力。而抗体介导的FNDC5阻断降低了自愿在轮子跑步对突触可塑性和记忆的有益作用。尽管据报道，老年脑脊液中FNDC5和鸢尾素水平升高，但鸢尾素的益处是否延伸到衰老相关的认知缺陷仍不得而知。

　　其它一些运动因子，包括血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）、乳酸盐、半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶B（Cathepsin B，CTSB）、血小板和血小板因子4（Platelet factor 4，PF4），已在年轻动物中鉴定，但它们对衰老或退化大脑的影响还有待研究（表2）。

　　热量限制信号

　　与年轻的血液和运动干预相比，热量限制对衰老大脑的恢复能力的潜在全身介质尚未得到广泛研究。然而，许多研究报告了热量限制动物的酮体水平增加。酮体由丙酮、乙酰乙酸和β-羟基丁酸组成，是肝脏脂肪酸代谢过程中产生的代谢物，可以转运到全身，并能作为替代葡萄糖的能量来源。补充酮酯的饮食方式可增加内源性酮的产生，以减轻衰老小鼠或神经退行性疾病模型小鼠的记忆丧失。需要进一步探索以了解酮体逆转大脑衰老特征的能力。同样，识别能够为衰老大脑提供热量限制益处的其他循环血液因子的工作可能对开发与衰老相关的脑功能障碍的治疗方法产生深远的影响。

　　结论和未来的方向

　　通过应用先进分子技术来研究全身和生活方式干预的效果，已经能深入了解血液中促衰老和促年轻化因子的细胞和分子靶标以及起源组织。其中一些循环因子已被提出可用于未来的治疗，以增强认知恢复能力并降低与痴呆相关的神经退行性疾病的风险。然而，对于快速发展的大脑再年轻化领域来说，为了实现这一目标需要解决一系列重要问题。

　　促衰老因子和促年轻化因子在多大程度上是通过收敛或发散机制发挥作用？造血系统和炎症过程是促衰老因子的常见来源。然而，在许多情况下，细胞类型或组织来源仍然模糊不清。尽管早期的工作确定了一系列肌肉衍生的肌因子，但肝脏作为主要的分泌器官正在迅速成为运动诱导因子的额外来源，IGF1、GPLD1、SEPP1和簇集素都是假定的肝源性运动因子（图4）。关于作用机制，许多衰老和恢复活力的因子对大脑产生类似的影响；因此，重要的是要了解每个因子是否通过相同或平行的细胞靶标和分子途径起作用。鉴于老年血液中促衰老因子的主要免疫性质，小胶质细胞似乎是明显的第一靶标。然而，最近的几项研究强调BECs是一个潜在的纽带，通过它，包括VCAM1、ASM、CyPA和CCL2在内的促衰老因子能调节大脑衰老。相反，在GDF11、簇集素、GPLD1和α-klotho等干预措施中确定的促年轻化因子同样可以通过恢复衰老脉管系统和其他外围目标的功能来间接地对衰老的大脑发挥恢复活力的作用。此外，一系列促年轻化因子，包括TIMP2、骨钙素、SPARCL1和THSB4，似乎选择性地增强突触或认知功能；而其他的，如FGF17和SEPP1，已被证明可以调节再生和干细胞功能。总的来说，这些发现表明，大脑功能可以通过几个平行的靶点以及与未来治疗方法相关的直接和间接机制来恢复。

　　图4. 大脑衰老和恢复活力中的组织间通讯。系统因子和细胞类型，其潜在的起源组织以及对大脑衰老功能标志的直接与间接作用机制分为三大类：年轻和长寿因子（a），与系统性（或生活方式）干预相关的因子，如运动和热量限制（b）和促衰老因子（c）。a，年轻和长寿因子（以棕色表示）的起源不明。TIMP2、CSF2、α-klotho、THBS4、SPARCL1和骨钙素（OCN）直接增强衰老大脑的突触和/或再生功能。GDF11和α-klotho通过潜在的间接机制（例如，通过增强脑血管功能）起作用。THBS4和SPARCL1在体外增强神经元功能，但尚未在体内进行测试。促年轻化因子对神经炎症的影响尚未经过测试。b，运动诱发因子（运动因子，以蓝色表示）主要来源于肌肉（肌因子：FNDC5和鸢尾素）和肝脏（肝因子：IGF1、GPLD1、SEPP1、簇集素（Clu）），并在老年期间增强突触和再生功能。c，促衰老因子（以红色表示）主要是免疫相关分子，例如细胞因子和趋化因子（CCL11、CCL2、B2M）和免疫细胞（T细胞和NK细胞）。促衰老因子驱动适应不良的神经炎症变化，抑制神经发生并损害大脑中的突触可塑性。问号表示效果未知或支撑数据有限；虚线表示潜在的间接机制；星号表示未知的组织或细胞来源；箭头表示增强；扁头代表对大脑中细胞过程的抑制。

　　在整个大脑中，促衰老和促年轻化因子的影响有多广泛呢？除GDF11外，大多数促衰老和促年轻化因子已经在衰老大脑的单个区域或特定细胞特征（如神经发生或突触可塑性）的背景下得到了研究。考虑到衰老对不同大脑区域的不同影响以及对神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞的细胞和区域异质性被日益了解，必须在更广泛的大脑区域和大脑衰老的细胞特征中检查每种循环血液因子的影响。

　　是否有其他未识别的血液因子？鉴定促衰老和促年轻的血液因子一直具有挑战性，因为质谱和基于抗体或适体的技术在可调查的因子总数方面都有其自身的局限性，以及每个平台富集的因子的偏差。其中一个挑战是，血浆中蛋白质含量常常被高丰度的蛋白质（如白蛋白和球蛋白）所掩盖，通常需要通过去除高丰度蛋白的方法检测大量丰度较低的血浆蛋白质成分。其他恢复活力的血液因子可能与膜结合或位于微泡、外泌体或血小板内，并且仅在特定的细胞环境中释放。这突出了对检测潜在未识别血液因子的新工具的需求，例如生物正交标记方法。这将能够更广泛和更精细地评估外周信号中枢（如肝脏）与衰老或恢复活力的大脑之间的组织间通信。此外，未识别的血液因子可能与迄今为止报道的血液因子性质完全不同，包括脂质和代谢物。当研究开始解决其他干预措施（如激素应激和热量限制）的影响是否可以通过循环血液因子的系统给药来模拟时，这一考虑将非常重要。

　　利用促年轻化和促衰老因子的潜在治疗策略将会如何？单一因子不太可能导致衰老，单一的治疗干预手段不太可能足以恢复整个生物体所有组织中的功能。由于个体似乎沿着不同的衰老轨迹进展，未来的疗法可能需要结合生物标志物分析来解码独特的衰老特征，并结合由生活方式干预、促年轻化因子和抑制促衰老因子组成的个性化治疗方案。例如，治疗方法可能包括随年龄增长而减少的促年轻化因子的模拟物（例如GDF11或骨钙素）和抑制随着年龄增长而增加的促衰老因子（例如CCL11或B2M）。这些干预措施可以与衰老非依赖性途径协同结合，例如增强认知功能的运动因子模拟物（例如GPLD1或SEPP1），但表达水平不会随年龄而改变。此外，收敛机制的识别可能指向未来的分子靶标，其激活可能提供多种系统性因子的附加益处。

　　总而言之，我们对组织、细胞和循环血液因子的认识正迅速发展，它们能作为减缓大脑衰老或传导系统和生活方式干预的益处的驱动因子。这带来了希望，终有一天，通过解码血液和大脑之间复杂的交联互作，可以找到将通常随着年龄的增长而逐渐丧失的记忆维持年轻态的方法。