摘要：研究人员在《Frontiers in Science》上发表论文称，降低血糖、提高血酮和乳酸水平，可以帮助衰老的大脑恢复代谢功能。这些可能都可以通过改变生活方式来实现，包括锻炼和我们吃的食物。

一个新的脑代谢开源模型——迄今为止最复杂的脑代谢模型——已经显示了如何改变关键化学物质来恢复衰老细胞的年轻活力和弹性。

研究人员在《Frontiers in Science》上发表论文称，降低血糖、提高血酮和乳酸水平，可以帮助衰老的大脑恢复代谢功能。这些可能都可以通过改变生活方式来实现，包括锻炼和我们吃的食物。

这些发现来自迄今为止最全面的大脑代谢计算机模型，该模型包含了脑细胞、支持细胞和血液中蛋白质和化学物质之间的16800多种生化相互作用。

科学家们现在可以使用这个开源模型来寻找预防与年龄有关的疾病的方法，例如痴呆症。该研究的资深作者、瑞士洛桑École Polytechnique Fédérale （EPFL）的神经科学教授Henry Markram说：“这项研究为大脑供电的电池提供了x射线视角。”“我们现在可以在分子水平上追踪大脑能量系统是如何老化的。”

年轻的弹性

详细的模拟——分析神经元活动、新陈代谢和血液流动之间的复杂相互作用——是基于人类和啮齿动物大脑的数据。它带我们窥见大脑代谢如何随着年龄的增长而崩溃和功能受损，以及识别出恢复年轻弹性的可行的潜在方法。

我们在日常生活中需要大脑中的神经元来引导我们的行为，这对它们提出了很高的要求。这需要消耗大量的能量以及来自血液供应和被称为星形胶质细胞的辅助细胞的支持。

为了了解衰老对大脑代谢的影响，研究小组在他们的模型中纳入了这些元素，他们用该模型来比较年轻和年老大脑的代谢状态。总之，他们计算了与神经元、神经胶质细胞以及血液中的蛋白质和化学物质之间的 16800 种相互作用相关的年龄相关变化所产生的影响。

该模型显示，某些分子数量的变化可以产生复杂的连锁反应，同时影响许多不同的代谢反应。这意味着细胞更容易受到伤害，因为它们适应和恢复的能力更弱。

它还强调了潜在的药物靶点，以及补充烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）的潜在好处，这种分子在大脑能量供应中起着至关重要的作用。此前已有研究对这种能提升 NAD 水平的补充剂作为潜在的健康老龄化疗法进行了探讨。

该研究的主要作者Polina Shichkova博士说：“我们对这个系统中分子反应的相互依赖性、严格的调控和信号传递感到惊讶。我们展示了大脑代谢的脆弱性是如何由许多代谢途径崩溃而导致的，而不仅仅是一个，这一发现需要多种靶向治疗。”

超越生活方式因素的发现

这一发现使研究团队得以理解决定衰老大脑的坚固性、灵活性和适应性的复杂分子机制。通过改变关键化学物质的含量，研究人员发现衰老的细胞能够恢复到年轻时的活跃度和恢复力。

Shichkova表示：“我们的研究结果超越了我们此前对这些生活方式因素的认知范畴。我们的模型详细阐述了这些行为背后的分子机制，这将有助于引导研究人员开发出更精准或更有效的干预措施。”

研究人员还利用该模型确定了可能的药物靶点，这些靶点能够恢复脑细胞的恢复力。他们发现了一种名为雌激素相关受体α（ESRRA）的蛋白质，它与预期的与年龄相关的衰退有关。这一发现可能会促使进一步研究开发有效的治疗方法，以支持衰老的神经元。

Shichkova说：“虽然从计算模型的预测结果到为人们提供的实际指导之间通常会有许多步骤，但我们的模型给出的一些建议包括已经获批的补充剂、饮食调整或生活习惯方面的改变。”

用于进一步研究的工具

研究人员利用公开获取的数据构建了该模型，这些数据详述了人类和小鼠脑细胞的基因活动情况。当他们将模型的结果与未用于训练的实验数据进行对比时，该模型准确地预测了神经元随着年龄增长而发生的生化活动变化。这证实了其作为研究工具的有用性以及其研究发现的价值。

Shichkova说：“由于该系统复杂，难以通过实验进行研究，所以需要这种建模方法。虽然该模型是基于实验数据构建的，但模拟对分子网络行为的预测反过来又将指导进一步的生物学研究。”

这项研究是“蓝脑计划”的一部分，该计划旨在开发模拟和重建小鼠大脑的模型。该模型将在由开放大脑研究所托管的开放大脑平台上发布，这将使神经科学家能够基于该研究进行模拟运行。

该团队希望这将有助于加快针对与年龄相关的神经退行性疾病（如痴呆症）的研究进程。能量代谢是此类病症的一个潜在根本原因，因此对这方面进行进一步研究，并在人类受试者身上验证这些发现，或许有助于找到增强大脑防御机制的新方法。

新闻来源：Medical X Press

参考文献：DOI: 10.3389/fsci.2025.1441297

来源：启真脑机智能基地