用近红外光“洗洗脑”,能够改善认知功能

  • 2024 - 04 - 15
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mLVs与神经退行性疾病AD之间存在着联系,mLVs参与β淀粉样蛋白(Aβ)的清除过程,一旦mLVs的转运能力发生变化,将直接对AD的进展产生显著影响。值得注意的是,研究者们采用了一种创新的方法——病毒介导的血管内皮生长因子(VEGF-C)疗法,通过增强mLVs的功能,不仅提高了淋巴引流清除中枢神经系统(CNS)中毒性分子的效率,还显著改善了学习和记忆能力。

那么,说到如何以“非侵入式”的方式对mLVs进行调控,研究者们确实想出了一个颇为独特的“点子”——那就是运用波长为808nm的近红外光进行照射。这样的方法,我们或许可以形象地称之为“给它们进行一次光线的‘洗脑’”。

研究人员针对一批老龄的C57BL/6J小鼠(15-17个月)开展了一项非侵入式的经颅光照疗法研究。这些小鼠被施以麻醉,随后它们的头部毛发被精心剃除,形成了一种特殊的“地中海”造型。接着,小鼠们接受了为期10分钟的近红外光照处理(作为实验组)或是普通的室内照明(作为对照组)。这样的治疗过程每周进行三次,持续四周。完成治疗后,科研人员对小鼠们进行了详细的评估,主要观察了它们的脑膜淋巴管(mLVs)在引流功能以及形态结构上的变化,同时还对小鼠的行动灵活性和认知功能进行了全面的检测与分析。

光照实验过程以及影响情况

经过对比分析,研究数据清晰地表明,在接受光疗后,引流至dCLNs的OVA-A647在分布范围上相较于对照组有了显著的提升。更为细致的淋巴管结构剖析揭示了一个令人惊讶的现象:光照处理竟然促使老龄小鼠脑膜淋巴管损失的面积比例回归到了正常水平。这一发现不仅证明了光照对于老龄小鼠mLVs的引流与分布具有显著的改善作用,而且进一步确定了20mW/cm2的光照强度在实现这一效果时表现得最为稳定且高效。

颇为有趣的是,在新物体定位(NOL)和新物体识别(NOR)的测试中,接受光照治疗的老年小鼠展现出了对新位置物体或全新物体的浓厚兴趣,相较于它们熟悉的物体而言,这种反应模式与年轻小鼠颇为相似。然而,未经治疗的对照组老年小鼠在NOL和NOR测试中更倾向于选择它们熟悉的物体。同时,经过红光“洗礼”的老年小鼠在NOL和NOR测试中展现出了显著更高的辨别指数(DI)。

在Y迷宫测试中,与年轻小鼠相比,对照组的老年小鼠明显减少了对新异臂的探索次数,凸显出显著的记忆减退现象。然而,当老年小鼠接受红光照头处理之后,它们在新异臂中的探索时间显著增加,几乎达到了与年轻小鼠相当的水平。简言之,通过针对mLVs的光疗方法,我们可以有效地恢复mLVs的分布和引流能力,进而显著提升老年小鼠的识别能力以及空间记忆能力,甚至可以说,这种光疗使它们的认知能力“重回青春”。

光调节mLVs引流能减弱老年小鼠的认知能力下降

确实,光疗的奥妙远不止于使老龄鼠的大脑焕发青春活力,它还能显著缓解AD小鼠的认知功能衰退和病理损伤。通过进一步的Morris水迷宫测试,我们也得到了相似的结论——在习得实验中,近红外光疗显著缩短了AD小鼠寻找隐藏平台的逃逸潜伏期时间;而在空间探索实验中,该疗法更是使得小鼠对平台位置和目标对象的访问次数明显增加。

光疗对AD小鼠的认知能力和病理学影响

实际上,红光“洗脑”之所以在改善AD小鼠的空间学习和记忆能力方面展现出显著效果,关键在于其能够减轻脑内Aβ沉积和神经炎症的病理表现。通过这样做,它成功地将中枢神经系统(CNS)引导至一个更为“神经保护”的环境状态,从而有效延缓了阿尔茨海默病(AD)的进展。

另外,对AD小鼠脑海马区域的RNA-seq深度分析揭示,红光的“洗脑”效应甚至触及到了基因表达的层面。这其中,涉及离子转运、细胞迁移以及神经发生与发育的基因组均出现了显著变化。更为引人注目的是,那些与神经元存活、分化以及AD病情进展紧密相关的基因,如PI3K-AKT信号通路、凋亡素信号通路、以及TGF-beta信号通路等,均经历了转录层面的调整。

简言之,通过对机制的深入剖析,得以更直观地看到——光处理在调节神经元存活、神经炎症及其他相关病理过程中发挥着重要作用,进而有助于改善AD症状。

光疗对基因表达的影响

综合前述分析,非侵入式的经颅光疗法能够精准地提升mLVs的引流效能,进而显著增强老年小鼠和AD小鼠的认知功能。从更深层次的机制来看,近红外光有效地稳定了线粒体的代谢状态,优化了脑膜淋巴内皮细胞的功能,并修复了细胞间疏松的连接。

基于这些改善,脑内的淋巴引流得到了显著提升,从而更为有效地清除了Aβ沉积并减轻了神经炎症,进一步缓解了AD小鼠的病理表现并提升了其认知能力。

mLVs靶向光疗改善AD病理的机制示意图

本研究具有深远的意义,它为神经系统疾病的治疗开辟了新的道路。通过调节硬脑膜表层的mLVs,优化淋巴引流系统的运作,可以有效地减缓甚至扭转疾病的进程。

值得一提的是,光照这种简便且非侵入性的治疗方式,或许将成为我们应对这类疾病的“最佳答案”。详细来说,光子能够激活细胞色素C氧化酶,进而提升呼吸链和ATP合成的效率,这不仅增强了细胞的活性,还促进了细胞的修复功能。在诸多波长的光线中,810–830nm的红光因其出色的穿透力而脱颖而出,特别适用于长期的经颅调节治疗。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-45656-7