mLVs與神經(jīng)退行性疾病AD之間存在著聯(lián)系,mLVs參與β淀粉樣蛋白(Aβ)的清除過(guò)程,一旦mLVs的轉(zhuǎn)運(yùn)能力發(fā)生變化,將直接對(duì)AD的進(jìn)展產(chǎn)生顯著影響。值得注意的是,研究者們采用了一種創(chuàng)新的方法——病毒介導(dǎo)的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF-C)療法,通過(guò)增強(qiáng)mLVs的功能,不僅提高了淋巴引流清除中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中毒性分子的效率,還顯著改善了學(xué)習(xí)和記憶能力。
那么,說(shuō)到如何以“非侵入式”的方式對(duì)mLVs進(jìn)行調(diào)控,研究者們確實(shí)想出了一個(gè)頗為獨(dú)特的“點(diǎn)子”——那就是運(yùn)用波長(zhǎng)為808nm的近紅外光進(jìn)行照射。這樣的方法,我們或許可以形象地稱之為“給它們進(jìn)行一次光線的‘洗腦’”。
研究人員針對(duì)一批老齡的C57BL/6J小鼠(15-17個(gè)月)開展了一項(xiàng)非侵入式的經(jīng)顱光照療法研究。這些小鼠被施以麻醉,隨后它們的頭部毛發(fā)被精心剃除,形成了一種特殊的“地中?!痹煨汀=又?,小鼠們接受了為期10分鐘的近紅外光照處理(作為實(shí)驗(yàn)組)或是普通的室內(nèi)照明(作為對(duì)照組)。這樣的治療過(guò)程每周進(jìn)行三次,持續(xù)四周。完成治療后,科研人員對(duì)小鼠們進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)估,主要觀察了它們的腦膜淋巴管(mLVs)在引流功能以及形態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化,同時(shí)還對(duì)小鼠的行動(dòng)靈活性和認(rèn)知功能進(jìn)行了全面的檢測(cè)與分析。
經(jīng)過(guò)對(duì)比分析,研究數(shù)據(jù)清晰地表明,在接受光療后,引流至dCLNs的OVA-A647在分布范圍上相較于對(duì)照組有了顯著的提升。更為細(xì)致的淋巴管結(jié)構(gòu)剖析揭示了一個(gè)令人驚訝的現(xiàn)象:光照處理竟然促使老齡小鼠腦膜淋巴管損失的面積比例回歸到了正常水平。這一發(fā)現(xiàn)不僅證明了光照對(duì)于老齡小鼠mLVs的引流與分布具有顯著的改善作用,而且進(jìn)一步確定了20mW/cm2的光照強(qiáng)度在實(shí)現(xiàn)這一效果時(shí)表現(xiàn)得最為穩(wěn)定且高效。
頗為有趣的是,在新物體定位(NOL)和新物體識(shí)別(NOR)的測(cè)試中,接受光照治療的老年小鼠展現(xiàn)出了對(duì)新位置物體或全新物體的濃厚興趣,相較于它們熟悉的物體而言,這種反應(yīng)模式與年輕小鼠頗為相似。然而,未經(jīng)治療的對(duì)照組老年小鼠在NOL和NOR測(cè)試中更傾向于選擇它們熟悉的物體。同時(shí),經(jīng)過(guò)紅光“洗禮”的老年小鼠在NOL和NOR測(cè)試中展現(xiàn)出了顯著更高的辨別指數(shù)(DI)。
在Y迷宮測(cè)試中,與年輕小鼠相比,對(duì)照組的老年小鼠明顯減少了對(duì)新異臂的探索次數(shù),凸顯出顯著的記憶減退現(xiàn)象。然而,當(dāng)老年小鼠接受紅光照頭處理之后,它們?cè)谛庐惐壑械奶剿鲿r(shí)間顯著增加,幾乎達(dá)到了與年輕小鼠相當(dāng)?shù)乃?。?jiǎn)言之,通過(guò)針對(duì)mLVs的光療方法,我們可以有效地恢復(fù)mLVs的分布和引流能力,進(jìn)而顯著提升老年小鼠的識(shí)別能力以及空間記憶能力,甚至可以說(shuō),這種光療使它們的認(rèn)知能力“重回青春”。
確實(shí),光療的奧妙遠(yuǎn)不止于使老齡鼠的大腦煥發(fā)青春活力,它還能顯著緩解AD小鼠的認(rèn)知功能衰退和病理?yè)p傷。通過(guò)進(jìn)一步的Morris水迷宮測(cè)試,我們也得到了相似的結(jié)論——在習(xí)得實(shí)驗(yàn)中,近紅外光療顯著縮短了AD小鼠尋找隱藏平臺(tái)的逃逸潛伏期時(shí)間;而在空間探索實(shí)驗(yàn)中,該療法更是使得小鼠對(duì)平臺(tái)位置和目標(biāo)對(duì)象的訪問(wèn)次數(shù)明顯增加。
實(shí)際上,紅光“洗腦”之所以在改善AD小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力方面展現(xiàn)出顯著效果,關(guān)鍵在于其能夠減輕腦內(nèi)Aβ沉積和神經(jīng)炎癥的病理表現(xiàn)。通過(guò)這樣做,它成功地將中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)引導(dǎo)至一個(gè)更為“神經(jīng)保護(hù)”的環(huán)境狀態(tài),從而有效延緩了阿爾茨海默病(AD)的進(jìn)展。
另外,對(duì)AD小鼠腦海馬區(qū)域的RNA-seq深度分析揭示,紅光的“洗腦”效應(yīng)甚至觸及到了基因表達(dá)的層面。這其中,涉及離子轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞遷移以及神經(jīng)發(fā)生與發(fā)育的基因組均出現(xiàn)了顯著變化。更為引人注目的是,那些與神經(jīng)元存活、分化以及AD病情進(jìn)展緊密相關(guān)的基因,如PI3K-AKT信號(hào)通路、凋亡素信號(hào)通路、以及TGF-beta信號(hào)通路等,均經(jīng)歷了轉(zhuǎn)錄層面的調(diào)整。
簡(jiǎn)言之,通過(guò)對(duì)機(jī)制的深入剖析,得以更直觀地看到——光處理在調(diào)節(jié)神經(jīng)元存活、神經(jīng)炎癥及其他相關(guān)病理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,進(jìn)而有助于改善AD癥狀。
綜合前述分析,非侵入式的經(jīng)顱光療法能夠精準(zhǔn)地提升mLVs的引流效能,進(jìn)而顯著增強(qiáng)老年小鼠和AD小鼠的認(rèn)知功能。從更深層次的機(jī)制來(lái)看,近紅外光有效地穩(wěn)定了線粒體的代謝狀態(tài),優(yōu)化了腦膜淋巴內(nèi)皮細(xì)胞的功能,并修復(fù)了細(xì)胞間疏松的連接。
基于這些改善,腦內(nèi)的淋巴引流得到了顯著提升,從而更為有效地清除了Aβ沉積并減輕了神經(jīng)炎癥,進(jìn)一步緩解了AD小鼠的病理表現(xiàn)并提升了其認(rèn)知能力。
本研究具有深遠(yuǎn)的意義,它為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療開辟了新的道路。通過(guò)調(diào)節(jié)硬腦膜表層的mLVs,優(yōu)化淋巴引流系統(tǒng)的運(yùn)作,可以有效地減緩甚至扭轉(zhuǎn)疾病的進(jìn)程。
值得一提的是,光照這種簡(jiǎn)便且非侵入性的治療方式,或許將成為我們應(yīng)對(duì)這類疾病的“最佳答案”。詳細(xì)來(lái)說(shuō),光子能夠激活細(xì)胞色素C氧化酶,進(jìn)而提升呼吸鏈和ATP合成的效率,這不僅增強(qiáng)了細(xì)胞的活性,還促進(jìn)了細(xì)胞的修復(fù)功能。在諸多波長(zhǎng)的光線中,810–830nm的紅光因其出色的穿透力而脫穎而出,特別適用于長(zhǎng)期的經(jīng)顱調(diào)節(jié)治療。
論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-45656-7