当AI遇到血液时:13种蛋白提示大脑在57岁、70岁和78岁发生剧变…啥时候干预好?

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划重点

01《自然-衰老》杂志发表的新研究分析了近11000名健康中老年人的大脑成像数据,利用人工智能测量其“大脑年龄”。

02研究发现,13种血液蛋白质与大脑衰老有关,其中8种加速大脑衰老,另外5种则能拨慢生物钟。

03这些蛋白质大多数可改变大脑处理炎症的能力或参与细胞形成连接的能力,分别在57岁、70岁和78岁呈现独特特征。

04作者表示,这些蛋白质可能成为干预点,针对它们采取干预措施可有效延缓大脑衰老。

05此外,血液测试有望成为一种追踪大脑健康状况随着年龄增长而变化的便利工具。

以上内容由腾讯混元大模型生成,仅供参考

根据《自然-衰老》Nature Aging杂志12月发布的新文章,有研究团队分析了近11000名健康中老年人的大脑成像数据,并利用人工智能测量其“大脑年龄”;大约一半参与者接受血液蛋白质分析,用以确定衰老相关蛋白质。

科学界一直尝试从血液蛋白质中寻找大脑衰老的标志,而此项新工作别具匠心,选择以个体的大脑生物年龄——而非通常使用的时序年龄——来与其蛋白质图谱进行关联。毫无疑问,这样能更清楚听见“大脑时钟”的滴答。

最终有13种血液蛋白质显现作用,其中8种与大脑衰老加速有关,另外5种则能拨慢生物钟。它们大多数都可改变大脑处理炎症的能力或参与细胞形成连接的能力。

更为关键的是,有三个非常独特的“特征”分别在57岁、70岁和78岁呈现。每种特征都代表一组标志着大脑衰老特定阶段的蛋白质组合。与神经元代谢相关的蛋白质于较早期阶段达到高峰,而其他引发炎症的蛋白质则于更暮年处凸显存在感。

这些高峰信号表明大脑功能随年龄增长而改变。论文作者表示,它们可能成为干预点——针对它们采取干预措施就可有效延缓大脑衰老。此外,新研究也告诉我们,相较于更不易获得的脑部扫描,围绕蛋白质的血液测试显然更简便可及,未来有望成为一种追踪大脑健康状况随着年龄增长而变化的便利工具。

蛋白质标志还可帮助我们预防衰老相关脑部疾病,如痴呆症、阿尔茨海默病、中风和运动障碍。早期诊断相当关键。蛋白质“标志”虽无法直接检测此类疾病,但可以洞察大脑生物年龄,这通常(但并非总是)与衰老迹象相关。

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有些老人的思维比同龄人敏锐许多,用起ChatGPT或AI辅助助听器来一点不含糊,而且依然能在尝试新技术时“眼里有光”。与此相对的,许多老人在晚年迅速丧失思维和记忆能力,以及“知道自己丧失思维能力”的能力。
时序年龄并不反映大脑的实际功能。
多年来,研究长寿的科学家致力于用“生物年龄”来估量身体机能。这也带来了多种所谓衰老时钟,旨在测算细胞衰老的不同方面。数百个这样的时钟目前正接受被临床试验用于衡量潜在的抗衰疗法的效果。

有研究者预测,到2050年,将有超过15亿人年龄在65岁及以上,其中许多人可能出现与衰老相关的记忆或认知问题。


许多生物钟都通过从人体抽取微小样本并分析与衰老过程相关的某些基因表达模式而建立。但围绕大脑,此类工作难以展开。科学家主要借助脑部扫描来构建“大脑生物钟”,展示大脑各区域的结构和连接——这些网络会随年龄增长而逐渐消失。
他们会计算“大脑年龄差”(brain age gap),即大脑结构完整性与实际年龄之间的差异。举个例子,若算出差值为十年,那说明这个大脑网络的运行状态比它主人的岁数更年轻或更年老十岁。
大多数此类研究的参与者都很少。而本文介绍的新工作利用了英国生物样本库提供的大量数据。此库拥有超过100万定期体检者(体检内容包括脑部扫描和抽血)的健康信息。
作者团队借助机器学习对近11000人(年龄在45岁至82岁)的脑部扫描结果进行整理,基于这些结果计算大脑的生物年龄。

AI模型所接受的训练围绕着数百个大脑结构特征,例如整体尺寸、皮层厚度以及白质的数量和完整性。


有了大脑生物年龄,也就知道了前文提及的“大脑年龄差”。从平均水平来看,差值大约为3岁,可能年轻3岁,也可能年长3岁,两个方向的概率差不多。
接着,团队尝试通过测量血浆中的蛋白质来预测大脑年龄差距。针对小鼠的长寿研究发现了许多血浆蛋白质,它们有能力加速大脑衰老或令其年轻化。
在筛查了来自4696人的近3000种血浆蛋白后,研究人员将每个参与者的蛋白质图谱与其大脑年龄进行匹配,结果发现了13个目标,其中大多数与炎症、运动和认知有关。有两个目标格外突出。

一个是短蛋白聚糖(BCAN),有助于维持大脑线路和整体结构,支持学习和记忆。阿尔茨海默病患者体内的BCAN会减少。此蛋白质含量越高,大脑衰老越慢,痴呆和中风风险越低。

另一个则是生长分化因子-15(GDF-15)。人体觉察到损伤时,就会释放GDF-15。它的水平越高,患衰老相关脑部疾病的风险就越高,原因可能在于它会引发“衰老的标志”,即慢性炎症。


另一个令人惊奇的发现是:这些关键蛋白的水平并不随年龄增长而线性变化。它们的变化于三个时序年龄达到顶峰,分别是57岁、70岁和78岁,标志大脑衰老的三个独特阶段。

在57岁时,与大脑代谢和伤口愈合相关的蛋白质发生显著变化,表明大脑衰老的早期分子迹象。

到70岁时,支持大脑自我重组能力的蛋白质(其中一些与痴呆和中风密切相关)快速变化。

78岁峰值显示的蛋白质变化主要与炎症和免疫有关。


论文作者写道:“因此,我们的研究结果强调了在70岁时进行干预和预防以降低多种脑部疾病风险的重要性和必要性。” 
当然,上述发现只是初步结果,而且参与者大多是欧洲人。此外,这13种蛋白质还需在动物身上作进一步测试,以确认其作为生物标记的可靠性。

资料来源:

The Secret to Predicting How Your Brain Will Age May Be in Your Blood