为什么随着年龄增长，我们的记忆力会变差、学习新事物变得困难？这些变化与我们大脑中一种特殊的细胞——神经干细胞密切相关。神经干细胞就像大脑中的"万能工人"，它们可以不断分裂产生新的神经元，帮助我们学习、记忆和适应新环境。然而，随着衰老，这些"万能工人"也会逐渐失去活力，导致大脑功能下降。如果我们能找到让这些"老年工人"重新焕发活力的方法，是不是就可以让衰老的大脑重获青春呢？
2024年10月2日，斯坦福大学的研究团队在 Nature 期刊在线发表了一篇题为《CRISPR–Cas9筛选揭示神经干细胞衰老的调控因子》的研究论文。研究人员开发了一种新的CRISPR-Cas9基因编击筛选平台，在体内外识别了调控神经干细胞衰老的关键基因。研究人员利用CRISPR-Cas9技术，在体外对来自年轻和衰老小鼠的神经干细胞进行了全基因组基因敲除筛选。同时，他们还开发了一种新的体内CRISPR筛选平台，可以在老年小鼠大脑中直接进行基因功能筛选。通过这些方法，他们识别了调控神经干细胞活化和功能的关键基因。研究人员在体外对年轻和衰老小鼠的神经干细胞进行了全基因组CRISPR筛选。结果显示，301个基因的敲除可以特异性地提高衰老神经干细胞的活化能力，而210个基因敲除则特异性地提高年轻神经干细胞的活化。这些基因涉及纤毛组织、葡萄糖转运和细胞质核糖核蛋白结构等过程。研究人员还验证了前10个候选基因，发现它们的单独敲除都能显著提高衰老神经干细胞的活化。这些结果为理解神经干细胞衰老机制提供了丰富的候选基因。
为了在活体动物中验证这些发现，研究人员开发了一种新的体内CRISPR筛选平台。他们将表达sgRNA的慢病毒直接注射到老年小鼠的侧脑室中，靠近神经干细胞所在的区域。5周后，他们分析了嗅球中的sgRNA分布，以评估基因敲除对神经干细胞活化和分化的影响。通过这种方法，他们验证了24个基因的敲除可以提高衰老神经干细胞的功能和神经发生，其中7个基因表现出高度一致性。这种创新的体内筛选方法为研究衰老过程中的基因功能提供了强大工具。![]()
在筛选出的候选基因中，编码葡萄糖转运蛋白GLUT4的基因Slc2a4表现尤为突出。研究发现，Slc2a4的敲除可以显著提高衰老神经干细胞的活化和神经发生能力。在老年小鼠体内，Slc2a4敲除使新生神经元（NeuN+EdU+mCherry+细胞）数量增加了两倍以上。此外，Slc2a4敲除还增加了神经干细胞池中静息态和活化态神经干细胞的数量。这些结果表明，降低GLUT4表达可能是一种有效的促进衰老大脑神经再生的策略。![]()
为了理解GLUT4敲除的作用机制，研究人员进一步研究了神经干细胞的葡萄糖代谢。他们发现，衰老的静息态神经干细胞比年轻的细胞摄取更多的葡萄糖，大约是后者的两倍。衰老的神经干细胞还表现出更高的糖酵解率和更低的氧化磷酸化水平。这种代谢模式的改变可能是导致神经干细胞功能下降的原因之一。![]()
基于以上发现，研究人员探索了是否可以通过限制葡萄糖摄取来改善衰老神经干细胞的功能。他们发现，无论是通过Slc2a4基因敲除还是短暂的葡萄糖饥饿处理，都可以显著提高衰老神经干细胞的活化能力。这一结果表明，调节葡萄糖代谢可能是一种有效的改善衰老神经干细胞功能的策略。这项研究开发了新的CRISPR筛选平台，系统地识别了调控神经干细胞衰老的关键基因。结果表明，衰老的神经干细胞处于高葡萄糖摄取状态，而降低葡萄糖摄取可以改善其功能。这为开发延缓大脑衰老的新策略提供了重要线索。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07972-2
