逆转衰老,攻克失明自然科学两文

小鼠的视网膜铺片;蓝色标记视神经节细胞,绿色标记Klf4转录因子的表达。图片来源:吕垣澄

失明和视觉衰弱困扰着全球9亿人,而且人类视觉系统的复杂程度阻碍了治疗手段的研发。首先,将视觉信息从视网膜运送到大脑的视神经一旦受伤,就无法再生;其次,即使想要绕过视神经,直接在人脑中"植入视觉",科学家也还面临着技术上的重重困难。

幸运的是,这周发表于《自然》的一项研究成功逆转衰老,为治疗青光眼提出了新方案;而在《科学》的另一篇论文中,研究者则通过在猕猴脑中植入电极,创造了精细的"人工视觉"。

这些思维和技术变革,必将为失明的治疗和康复带来曙光。

撰文

罗丁豪

视觉是人类五感中最重要的官能,为我们的日常决策提供了大量宝贵的信息。外界物体将光线反射到我们的眼中,投射到我们的视网膜上;感光细胞(photoreceptors)将光信号转变为电化学信号,由视神经(opticnerve)送过视交叉(opticchiasm),最后辐射到视觉皮层上。大脑从这些信号中构建出只属于我们自己的视觉世界。

视觉环路(简化示意图)。图片来源:Mandelstam,AJNR,翻译制图:罗丁豪

但正如中枢神经系统(CentralNervousSystem)中的其它部位一样,视神经也会在出生后迅速失去再生(regeneration)的能力。因此在人类和其他哺乳动物中,视神经损伤一旦发生,就不可逆转。

许多情况都能导致视神经损伤。以衰老为例,视神经在老年人中容易因老化出现损伤,这种视神经损伤可以从根源上切断视网膜与视觉皮层的信息交流,从而造成不可逆的失明。类似的损伤也能由事故造成,严重的跌落、暴力事件一旦伤及头部,都有可能造成外伤性视神经损伤。由于其不可逆的特性,视神经损伤的康复通常要求患者改变自己的生活习惯,并使用辅助工具,例如导盲犬和白手杖。目前常用的治疗方案效果都不甚理想,因此患者一旦失明,就会给自己和亲友带来持续的负担。这种影响着全球将近4千万患者的感官障碍亟需新的治疗方案。

幸运的是,我们或许离新的治疗方案已经不远了。本周,发表于《自然》《科学》杂志的两篇论文,采用了两种不同的思路,为失明的治疗带来了好消息。

逆转衰老

细胞内的遗传信息主要被编织在DNA的双螺旋内,由A、T、C和G四类碱基构成。只有通过将DNA有规律地表达(express)成蛋白,细胞才能维持特定、正常的运作。要调控DNA的表达规律,细胞可以采用表观遗传的方法,在不改变DNA序列的情况下,通过改变DNA分子的物理结构,使得不同基因的表达“难度”不同,从而调控细胞内不同蛋白的水平。

甲基化通常会抑制基因的表达。图片来源:美国国立卫生研究院(NIH),翻译制图:罗丁豪

衰老不是一件好事,对于细胞来说也如此。随着年岁增长,细胞内会出现越来越多的表观遗传噪音(epigeneticnoise),扰乱蛋白表达规律,促使衰老的细胞失去其独特“身份”。DNA甲基化(methylation)是研究最广的表观遗传过程。过去的研究显示,甲基化规律的扰动是衰老的标志性特征。一些学者由此提出了DNA甲基化钟(DNAmethylationclock)的概念,并进一步推断,如果能将甲基化钟“往回拨”,我们也许能逆转衰老,重置细胞的生命周期。

哈佛医学院的戴维·辛克莱(DavidSinclair)就是这些学者中的一员。在周三发表于《自然》的一篇研究中,辛克莱团队想要尝试通过“回拨”甲基化钟的方式,逆转衰老造成的视神经损伤。他们想拿青光眼(glau


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