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撰文 汤波

编辑 李娟

“返老还童”一直是人类的梦想，不管是中国的秦始皇，还是埃及的法老，抑或是芸芸众生，却总不能如愿。不过近年来，很多科学家发现年轻动物的血液能逆转老年动物的衰老趋势，揭示血液中可能蕴藏有数千年来人类苦苦追寻的“长生不老药”。

小鼠“返老还童”

这一发现主要得益于近年来重新焕发生机的连体共生研究。连体共生技术已有150多年的研究历史，是由一位名叫保罗·伯特的法国生理学家发明的。或许是受到连体婴儿在母体共享一个胎盘的启发，伯特博士通过外科手术将两只大鼠的血管连在一起（图1），发现两只大鼠竟然能共享循环系统，他因此获得了法国科学院实验生理学奖。

图1. 连体共生试验成为抗衰老研究的重要工具（图片来源：Nature）

20世纪50年代开始，连体共生技术被科学家们广泛使用，一般是将一个非正常生理状态下的动物，如患肿瘤、受伤等，与正常生理状态动物的循环系统缝合在一起，用于研究非正常生理状态的发生原因，包括体液成分的功能。而近年来最引人瞩目的连体共生研究，当属美国斯坦福大学医学院神经学家托尼·维斯-科雷（Tony Wyss-Coray）（图2）团队开展的小鼠“返老还童”实验。

图2.神经学家托尼·维斯-科雷（Tony Wyss-Coray）（图片来源：斯坦福大学）

维斯-科雷教授团队的研究人员将大于18月龄的老年小鼠与约3月龄的年轻小鼠血管联通，让两者共享循环系统，也就是说，年轻小鼠的血液成分会进入老年鼠体内，老年鼠的血液成分同样会进入年轻小鼠体内。研究人员发现，与年轻小鼠共享血液的老年鼠的海马神经细胞呈爆发式增加，其数量达到普通老年鼠的3-4倍，这一现象也在分子水平和生理水平得到印证。海马区是大脑负责学习和记忆的区域，也是大脑最先衰老的部位之一，这说明年轻小鼠血液中的某样东西或某些东西能够恢复老年鼠的大脑功能。

为了进一步验证这一发现，研究人员将3月龄的年轻小鼠血浆或18月龄老年鼠血浆注射到18月龄以上的老年鼠体内，然后在实验室采用经典的水迷宫实验和条件恐惧实验，对这些老年鼠进行了认知和记忆能力测试（图3）。

在水迷宫实验中，研究人员通过观察并记录实验动物学会在水箱内游泳并找到藏在水下逃避平台所需的时间、采用的策略和它们的游泳轨迹，以分析实验动物对空间位置感和方向感（空间定位）的学习记忆能力。研究人员让受试老年鼠进入水迷宫，开始反复训练它们如何走迷宫，之后让其自行寻找出口。作为对照组，那些未接受血浆注射或只接受老年鼠血浆注射的老年鼠很难记住迷宫出口，而接受年轻血浆注射的老年鼠找到出口的速度和效率显著提高。

在条件恐惧测试中，研究人员让受试动物进入一个小房间，然后给予它们轻微的电击刺激。反复几次后，接受年轻血浆注射的老年鼠很快对这种电击刺激习以为常，不会表现出刚开始时的惊恐，而对照组老年鼠则每次都会表现出惊恐，就像第一次受到电击一样。这两项试验说明，与同龄的对照老年鼠，接受年轻血浆注射的老年鼠认知和记忆能力显著提高了。

图3. 对18个月的小鼠进行血浆全身治疗,每天8次静脉注射，每次静脉注射100μl，持续24天，所用血浆来自年龄3个月或18个月的小鼠。对治疗后的小鼠进行认知测试。该图显示了治疗后不同时间进行行为学测试的方法：RAWM（radial arm water maze，放射臂水迷宫）实验和条件恐惧（fearconditioning）实验。（Wyss-Coray T, Nature Medicine, 2014）

维斯-科雷教授团队这一研究成果最终于2014年5月发表在《自然医学》杂志上，引起了媒体和公众的极大兴趣，媒体纷纷以“年轻人的血浆能让老年人‘返老还童’”为题进行报道，一些医疗机构也开始宣传血浆抗衰老疗法，试图赶时髦、赢暴利。2016年8月，有媒体曝出，一家位于加州蒙特利的美国生物公司声称，要招募600名35岁以上的成年人，受试者无须是病人或者老年人，该公司计划用25岁以下年轻人捐献的血浆对这些受试者进行静脉注射，以观察抗衰老疗效，每个受试者将在两天的时间里接受约1.5升血浆的注射，但是要缴纳8000美元。

显然，关于年轻血浆抗衰老的研究还只停留在动物实验阶段，人体临床试验疗效尚没有得到验证，贸然进行收费治疗，难免有欺诈嫌疑。也有专家指出，上述血浆注射治疗并不针对老年人或患有与衰老相关疾病的病人，其效果无法准确评估。即使年轻血浆真能抗衰老，但是由于全球血浆短缺，直接用血浆进行临床应用并不现实。有人做过测算，按照小鼠血浆注射量，全球所有血浆供应只能满足50万人抗衰老注射需求，对于即将突破10亿的全球老年人口来说，只能是杯水车薪，况且这些血浆还有更加重要的用途，比如救治失血过多的危重病人。

如果能从年轻血浆的数千种物质中找寻到功效显著的抗衰老活性成分，就能更好地治疗一些如老年痴呆症等神经性退行病变，甚至是开发出抗衰老药物。正如维斯-科雷教授所说：“一些存在于年轻小鼠血液中的因子给老年鼠的大脑重新充电，使得它的功能更像年轻小鼠的大脑（图4）。”那些给老年鼠大脑充电的血液因子是什么呢？

图4. 年轻血液中可能藏有抗衰老活性成分，能够引起神经细胞的功能变化。年轻血液中的蛋白因子注射进老年鼠之后，老年鼠的大脑神经发生以下变化：可塑性基因上调表达、树突棘的密度增加、血管重塑性提高、神经元生成能力提高、嗅觉辨别能力提高、学习记忆能力提高，以及炎症通路活性降低。（Wyss-Coray T, Nature, 2016）

筛选抗衰老活性成分

维斯-科雷教授团队在上述研究中已经发现了一些端倪，他们先对血浆进行高温处理，结果年轻小鼠的血浆并不能改善老年鼠的认知和记忆能力。由于高温会使蛋白质变性，研究人员推测血浆中一些不耐热蛋白质可能是改善老年鼠大脑认知能力的重要成分。

其实早在六年前，维斯-科雷教授团队就采用同样的连体共生实验和血浆注射实验，发现老年鼠血液中一种嗜酸细胞活化趋化因子CCL11含量特别高，当向年轻小鼠注射重组CCL11蛋白时，年轻小鼠神经细胞生长受阻，认知和记忆能力也随之显著衰退。虽然CCL11蛋白并非血浆中的抗衰老活性成分，而是一种促衰老因子或是衰老标记，不过这是首次有人阐明单一血液成分与大脑衰老过程和认知功能衰退有关联，这项重要的研究成果于2011年9月发表在《自然》杂志上。

两年后，哈佛大学干细胞生物学家AmyWagers教授和Richard Lee教授研究团队同样通过连体共生试验，将年轻小鼠和患有心肌肥大的老年鼠血液循环系统连接在一起，4个星期后，研究人员惊讶地发现老年鼠原本肥大的心肌得到改善，主要是大多数心肌细胞显著缩小了。之后，研究人员在小鼠血液中筛选出一种特殊蛋白质——生长分化因子11（GDF11），虽然与CCL11在各自蛋白家族中排序相同，但是两者功能迥异。随着年龄增长，在动物和人类血液中GDF11浓度呈下降趋势，当给23月龄的老年鼠注射重组GDF11蛋白后，老年鼠的心肌增厚同样得到逆转，这一特殊蛋白或许可以解释年轻血液对年老者的积极影响。（图5）

图5. 年轻小鼠血液中GDF11因子可改善老年鼠的心肌肥大。与年轻小鼠相比，老年小鼠的心脏质量增加，心肌细胞横截面积增加。接受年轻小鼠血液的老年小鼠，其心脏质量和心肌细胞横截面积都有减少。老年小鼠血液中的GDF11水平较低。注射重组GDF11的老年小鼠ANP和BNP（心肌肥大相关基因）的基因表达水平下降，SERCA基因水平增加，提示心肌细胞的功能增强，表明其年龄相关的心肌肥大得到改善，（Leinwand and Harrison 2013）

骨骼肌功能失常也是动物衰老的重要标志。一般年轻动物肌肉受损容易恢复，而老年动物则难以恢复，主要因为随着年龄增长，骨骼肌中的干细胞数量随之减少以及干细胞功能受损，导致肌纤维再生功能受阻。既然GDF11蛋白能逆转老年动物心肌增厚，是不是也能对老年鼠的骨骼肌功能恢复有作用呢？哈佛大学的研究人员将重组GDF11蛋白注射到老年鼠体内，然后对其小腿肌肉进行低温损伤试验，结果发现这些老年鼠骨骼肌再生功能得到很快恢复，接近年轻小鼠的水平，而未注射GDF11蛋白的老年鼠则没有改善。

这两项研究说明，GDF11蛋白可能是动物血液中一种重要的抗衰老因子，研究论文也相继发表在《细胞》和《科学》这两家权威学术期刊上，引发GDF11蛋白与抗衰老的研究热潮。但是也有一些科学家声称不能重复上述实验结果，甚至得出完全相反的结论。维斯-科雷教授指出，可能需要更加深入的研究，才能确认GDF11蛋白的抗衰老功效。

不过，从血液中分离抗衰老活性成分已成为很多科学家的共识。维斯-科雷教授团队2017年4月19日又在《自然》杂志上公布他们的最新研究成果。研究人员将老年人（61-82岁）的血浆、年轻人（19-24岁）血浆和新生儿脐带血注射到一种12-14月龄的免疫缺陷型小鼠体内（这种小鼠接受人类血浆不会产生免疫排斥反应），结果发现注射新生儿脐带血的老年鼠表现出记忆和学习能力改善。在迷宫测试中，对照组老年鼠很难找到迷宫出口，而注射脐带血的老年鼠走出迷宫的速度和正确率都大幅提高。在条件恐惧试验中，在几次轻微电击之后，注射脐带血的老年鼠很快记住了这一经历，对电击逐渐适应，而对照老年鼠却似乎总是记不住，每次电击之后都会表现出惊恐。神经解剖学和基因表达检测结果也印证了脐带血能激活老年鼠的大脑海马神经元，虽然年轻血浆也能激活大脑海马神经元，但是增强效应只是脐带血的一半，而来自老年人的血浆则没有增强效应。

为了找到能激活大脑海马神经元的潜在血液因子，研究人员用上述老年人血浆、年轻人血浆和新生儿脐带血进行血液蛋白质组分析，从大量候选的血液蛋白质中筛选出一种叫组织金属蛋白酶抑制剂-2（TIMP2）的血液因子。这种血液因子在脐带血中含量非常高，而在老年血液中则含量较低。当将重组TIMP2蛋白注射到老年鼠体内时，这些老年鼠同样表现出记忆和认知能力的改善，如很快找到迷宫出口，以及保持对电击刺激的记忆，连筑巢能力也得到恢复。

研究人员还将去除TIMP2蛋白的脐带血注射到老年鼠体内，则不再能改善老年鼠的大脑功能。当将TIMP2基因敲除，年轻小鼠的记忆能力也明显受损，进一步证明TIMP2蛋白是一种能够改善老年鼠的大脑功能的重要血液因子。

老年痴呆症的希望

不过，维斯-科雷教授团队开展上述研究并非为了寻找长生不老药，而是希望对解决老年痴呆症等老年性认知障碍有所帮助。老年痴呆症最常见的类型就是早老性痴呆症（即阿尔茨海默氏症）。随着全球人口的老龄化，这种大脑退行性疾病已成为公共卫生领域面临的最大挑战之一。据《世界阿尔茨海默氏症报告2015》显示，全球老年痴呆症患者已达4600万人，预计到2050年将达到1.15亿人。

为了找到治疗老年痴呆症的良方，维斯-科雷教授2014年创办了一家名为Alkahest的公司，很快得到投资者的青睐。西班牙一家血液制品公司Grifols斥资3750万美元收购了Alkahest公司45%的股权，并承诺额外提供1250万美元资金，用于血浆注射疗法的研发。如果这一疗法获得成功，Grifols公司将取得Alkahest公司首个产品的所有权。

之后，Alkahest公司和斯坦福大学共同发起了一项利用年轻血浆治疗阿尔茨海默氏症的临床研究。目前该临床研究已招募了18名50-90岁的轻中度阿尔茨海默氏症患者，计划用30岁以下年轻志愿者捐献的血浆进行注射。在四周的疗程中，每周注射一次一定量的年轻血浆，以评估该疗法的安全性，并监测其是否能缓解任何认知或其他方面的症状，这些临床试验的费用均由Alkahest公司支付。

在临床试验之前，维斯-科雷教授团队已在动物身上开展临床前试验，研究人员制备了一种能模拟阿尔茨海默氏症症状的转基因小鼠，将年轻血浆注射到老年转基因小鼠体内，发现这些老年鼠的记忆能力有所改善，而且大脑海马神经元也有激活的迹象。

目前该临床试验基本完成，结果也有望很快公布，如果安全性和疗效得到确认，这也只是临床试验的开始，研究人员还需要扩大临床试验规模加以验证。Alkahest公司计划下一步用TIMP2蛋白开展临床试验，显然单一的蛋白成分要比成分复杂、来源有限的血浆具有更大的应用价值。

虽然此项临床试验并非针对抗衰老，但是如果能对阿尔茨海默氏症病人有显著疗效，将有望找到治疗阿尔茨海默氏症、提升老年人健康水平和生活质量的新疗法，这可能比追求“长生不老”更为现实，也更有意义。

参考文献：

[1] Alexander Eggel, Tony Wyss-Coray. A revival of parabiosis in biomedical research. Swiss Med Wkly. 2014;144:w13914 DOI:10.4414/smw.2014.13914

[2] Saul A Villeda, et al. Young blood reverses age-related impairments in cognitive function and synaptic plasticity in mice. Nature medicine. 2014;20(6):659-666.

[3] Villeda SA, et al. The ageing systemic milieu negatively regulates neurogenesis and cognitive function. Nature. 2011; 477:90–94.

[4] Loffredo FS, et al. Growth differentiation factor 11 is a circulating factor that reverses age-related cardiac hypertrophy. Cell. 2013; 153:828–839.

[5] Leinwand Leslie A. and Brooke C. Harrison. Young at Heart. Cell. 2013; 153:743-745.

[6] Sinha M, et al. Restoring systemic GDF11 levels reverses age-related dysfunction in mouse skeletal muscle. Science. 2014; 344:649–652.

[7] Joseph M. Castellano,et al..Human umbilical cord plasma proteins revitalize hippocampal function in aged mice. Nature 544, 488–492

[8] Middeldorp J, et al.Preclinical Assessment of Young Blood Plasma for Alzheimer Disease. JAMA Neurol. 2016 Nov1;73(11):1325-1333.

[9] Wyss-Coray T. Ageing, neurodegeneration and brain rejuvenation. Nature. 2016 Nov10;539(7628):180-186.

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