科普 | 逆轉(zhuǎn)大腦衰老？最新突破背后，是它們的巨大犧牲

2025年8月19日，《Nature Aging》雜志發(fā)表了一項重磅研究。科學(xué)家通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn)，一種名為FTL1的蛋白可能是調(diào)控大腦衰老的“主開關(guān)”。降低老年小鼠腦中FTL1蛋白水平后，其大腦功能和精神記憶力竟能恢復(fù)年輕狀態(tài)。這不僅是“延緩”衰老，更是“逆轉(zhuǎn)”衰老，動物實驗在此發(fā)現(xiàn)中起了決定性作用。

鏈接：doi.org/10.1038/s43587-025-00940-z

小鼠：生命科學(xué)的“翻譯官”

文/ 萬穎寒

提到鼠，可能大多數(shù)人想到的是那句“老鼠過街，人人喊打”。的確，老鼠有時會啃食糧食、破壞家具、傳播疾病，給我們的生活帶來不少麻煩。然而，老鼠還有另外一面，它們充滿智慧與適應(yīng)力，甚至能在實驗室里成為科學(xué)研究的重要工具——它們仿佛優(yōu)秀的“翻譯官”，將一些難以直接在人類身上呈現(xiàn)的現(xiàn)象“復(fù)制”在自己身上，從而幫助科學(xué)家“破譯”生命科學(xué)的種種奧秘。

“疾病小偵探”

想象一下，如果科學(xué)家能在一個“迷你世界”中模擬出各種人類疾病，那會是多么酷的一件事！小鼠，正是實現(xiàn)這個夢想的好幫手。科學(xué)家能夠在小鼠身上開展疾病模型與機制研究、藥物研發(fā)與測試、免疫學(xué)研究與疫苗開發(fā)、行為學(xué)與認知研究，等等。

小鼠因其生理和遺傳特性與人類相似，已成為構(gòu)建人類疾病動物模型、研究人類基因功能的理想選擇。你可能難以想象：與人類體形天差地別的小鼠，竟是人類科學(xué)研究的得力助手和重要工具！

例如，在胚胎發(fā)育的過程中，小鼠和人類都會經(jīng)歷3個關(guān)鍵階段——從受精卵到囊胚，再到胚胎著床。在這個過程中，無論是小鼠還是人類的細胞分裂和定位都遵循類似的模式，為胚胎后續(xù)的發(fā)育進程奠定了基礎(chǔ)。此外，小鼠是僅次于黑猩猩的與人類同源性“第二高”的物種。研究表明，小鼠和人類的基因序列的相似度高達90%，這意味著小鼠和人類的基因組中有大量基因在發(fā)揮相似的功能。

“小演員”

助力行為學(xué)研究

小鼠不會說話，能夠做出的表情也有限，在小鼠身上“復(fù)制”出各種疾病后，如何驗證它們的患病狀態(tài)呢？

行為學(xué)實驗作為研究生物體外部活動與內(nèi)在神經(jīng)機制的關(guān)聯(lián)的手段，正是破解動物模型評估的關(guān)鍵工具。當人類疾病在小鼠身上被模擬時，盡管小鼠無法通過語言或表情直接溝通，但行為學(xué)實驗可以通過系統(tǒng)量化動物在特定環(huán)境中的自發(fā)反應(yīng)（如探索、逃避、社交）和任務(wù)執(zhí)行能力（如學(xué)習(xí)記憶、決策判斷），將抽象病理轉(zhuǎn)化為可觀測的“行為語言”。

阿爾茨海默病鼠

阿爾茨海默病是一種神經(jīng)退行性疾病，患者表現(xiàn)出語言、視覺空間技能下降，以及情感或人格改變，進而影響社會活動，給患者及其家人帶來了諸多痛苦。當小鼠患上了阿爾茨海默病，科學(xué)家該怎么對其進行評估呢？科學(xué)家巧妙地利用了小鼠“天生會游泳，卻厭惡水環(huán)境”的特點，設(shè)計出了水迷宮行為學(xué)實驗。

水迷宮實驗就像我們平時玩的迷宮游戲一樣，需要參與者通過識別線索、避開障礙來找到出口。這個實驗的目的是考察小鼠的視覺空間技能，包括空間學(xué)習(xí)和記憶功能。具體來說，實驗者會將小鼠放入一個圓形的水池中，水池的4個象限里放置著不同形狀和顏色的標記物，這些標記物就是迷宮中的空間線索。小鼠的任務(wù)是學(xué)習(xí)并記住這些線索，以便找到隱藏在水下的平臺。通過這個實驗，科學(xué)家可以觀察小鼠在尋找平臺過程中的運動軌跡，記錄其尋找平臺的潛伏期、上臺后的停留時間等。這些多維度行為參數(shù)結(jié)合海馬依賴性空間導(dǎo)航的生物學(xué)原理，構(gòu)成了阿爾茨海默病模型鼠認知損傷的標準化評估體系，為模擬人類情景記憶衰退提供關(guān)鍵表型證據(jù)。

阿爾茨海默病鼠在水迷宮中的表現(xiàn)比較糟糕，在尋找平臺時會顯得特別困難，運動軌跡雜亂無章，甚至可能根本找不到平臺，即使上了平臺也可能又下臺，確實展現(xiàn)出了“小鼠阿爾茨海默病”的癥狀。

抑郁鼠

在動畫片《頭腦特工隊》中，主角“萊莉”的頭腦里居住著5個掌管情緒的小人——“樂樂”“憂憂”“懼懼”“厭厭”和“怒怒”，他們分別代表著快樂、悲傷、恐懼、厭惡和憤怒5種基本情緒。其中，“憂憂”作為悲傷情緒的化身，總是顯得情緒低落，仿佛一直處于抑郁的狀態(tài)。那么，抑郁是如何發(fā)生的呢？

抑郁就像心靈籠罩了一層迷霧，它與我們大腦中的“快樂信使”——5-羥色胺、多巴胺等神經(jīng)遞質(zhì)的失衡有著千絲萬縷的聯(lián)系。為了揭示抑郁的緣由，科學(xué)家通過特殊手段讓小鼠形成“抑郁樣”狀態(tài)，并設(shè)計了一系列行為學(xué)實驗來評估“抑郁鼠”的患病程度，諸如強迫游泳實驗、懸尾實驗、糖水偏好實驗等。

強迫游泳實驗和懸尾實驗的原理相似，通過給小鼠制造一個惡劣的環(huán)境（如水環(huán)境、倒掛環(huán)境），并讓其在此環(huán)境中待上一段時間，以此觀察小鼠的抑郁癥狀。在強迫游泳實驗中，正常小鼠的求生意識很強，會不停地游動來尋找“陸地”，但抑郁鼠會早早地就放棄掙扎，漂浮在水面上。類似地，在懸尾實驗中，抑郁鼠很快就放棄了抵抗，靜靜地被膠帶懸掛在橫梁上，出現(xiàn)類似鐘擺的運動狀態(tài)。在糖水偏好實驗中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，盡管小鼠天生對甜食有著濃厚的喜愛，但抑郁鼠會因為糟糕的心情而出現(xiàn)快感缺失的現(xiàn)象，對糖水的偏好明顯降低，不再像往常那樣對甜食充滿熱情。

這些實驗就像是為小鼠設(shè)置的一個個挑戰(zhàn)賽，科學(xué)家通過觀察、分析、評估它們在這些“賽事”中的表現(xiàn)，深入理解抑郁行為帶給人類的影響。

小鼠，不論是充當“疾病小偵探”還是行為學(xué)研究中的“小演員”，都表現(xiàn)得得心應(yīng)手。小身材的小鼠擁有大大的本領(lǐng)，它們用自己的方式為人類打開了通往科學(xué)真理的大門。讓我們繼續(xù)攜手這些“小小探險家”，共同在科學(xué)的道路上勇往直前，為人類的健康與福祉貢獻更多的力量。

作者介紹

萬穎寒，供職于上海實驗動物研究中心。上海實驗動物科普志愿者服務(wù)隊隊長，上海生命健康張江科技志愿服務(wù)聯(lián)盟秘書長，華東師范大學(xué)附屬盧灣輔讀實驗學(xué)校科技副校長，主持或參與國家及省部級課題多項。

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2025年《科學(xué)畫報》