肝臟運(yùn)動(dòng)因子通過(guò)血管途徑逆轉(zhuǎn)衰老與阿爾茨海默病相關(guān)記憶衰退

2026年3月5日，加州大學(xué)Saul A. Villeda 團(tuán)隊(duì)于《cell》發(fā)表了一篇名為“Liver exerkine reverses aging- and Alzheimer’s-related memory loss via vasculature”的文章，其內(nèi)容明確運(yùn)動(dòng)介導(dǎo)的肝臟來(lái)源因子 GPLD1 在逆轉(zhuǎn)衰老及阿爾茨海默病（AD）相關(guān)記憶損傷中的作用及分子機(jī)制，挖掘其下游關(guān)鍵靶點(diǎn)，為無(wú)需物理運(yùn)動(dòng)即可獲得運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知益處、開(kāi)發(fā)衰老和 AD 的新型治療策略提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支撐。運(yùn)動(dòng)可改善衰老和 AD 的腦功能損傷，但老年人常因身體限制無(wú)法堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)，此前已發(fā)現(xiàn)肝臟分泌的 GPLD1 是運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的循環(huán)因子且可改善衰老小鼠認(rèn)知，但其可切割超百種 GPI 錨定蛋白，下游介導(dǎo)認(rèn)知修復(fù)的具體靶點(diǎn)、作用途徑（尤其非腦穿透性的 GPLD1 如何調(diào)控腦功能）尚未明確；同時(shí)，腦血管功能異常是衰老和 AD 的早期特征，但其與 GPLD1 的關(guān)聯(lián)尚未被揭示。本研究驗(yàn)證 GPLD1 是否通過(guò)調(diào)控腦脈管系統(tǒng)發(fā)揮作用，篩選并鑒定 GPLD1 在腦血管上的核心底物，明確該底物在衰老和 AD 中對(duì)血腦屏障（BBB）功能及認(rèn)知的影響，同時(shí)驗(yàn)證靶向該底物的藥理學(xué)或基因?qū)W干預(yù)是否能模擬 GPLD1 的認(rèn)知改善效果，并探索該分子軸在人類 AD 中的臨床相關(guān)性。

1 動(dòng)物模型與分組
選用 C57BL/6J 年輕（3-6 月齡）和衰老（18-24 月齡）小鼠、5xFAD 轉(zhuǎn)基因 AD 小鼠、誘導(dǎo)型 Cas9 轉(zhuǎn)基因小鼠，按實(shí)驗(yàn)需求分為運(yùn)動(dòng)組 / 久坐組、GPLD1 過(guò)表達(dá)組 / 催化失活 GPLD1 組 / GFP 對(duì)照組、TNAP 過(guò)表達(dá)組 / 對(duì)照組、TNAP 敲除組 / 對(duì)照組、TNAP 抑制劑處理組 / 溶媒對(duì)照組等，所有實(shí)驗(yàn)均遵循隨機(jī)分組和盲法原則。

2 分子與細(xì)胞實(shí)驗(yàn)技術(shù)
構(gòu)建 TNAP 報(bào)告細(xì)胞系，通過(guò) SEAP 報(bào)告基因檢測(cè)驗(yàn)證 GPLD1 對(duì) TNAP 的酶切作用；采用 RT-qPCR、Western blot 檢測(cè)基因和蛋白表達(dá)，免疫組化（IHC）、堿性磷酸酶（AP）活性染色對(duì)組織中蛋白進(jìn)行定位和活性分析；利用 NHS-biotin 滲漏實(shí)驗(yàn)、熒光標(biāo)記轉(zhuǎn)鐵蛋白（TF-647）攝取實(shí)驗(yàn)評(píng)估 BBB 通透性和血腦轉(zhuǎn)運(yùn)功能；通過(guò) Thioflavin S 染色檢測(cè) AD 模型小鼠的 Aβ 斑塊沉積。

3 基因操作與藥理學(xué)干預(yù)技術(shù)
采用流體動(dòng)力學(xué)尾靜脈注射（HDTVI）和肝特異性 AAV8-TBG 載體實(shí)現(xiàn)肝臟 GPLD1 的特異性過(guò)表達(dá)；利用 BECs 靶向 AAV-PHP.V1 載體完成腦血管 TNAP 的過(guò)表達(dá)，結(jié)合 CRISPR-Cas9 技術(shù)實(shí)現(xiàn)衰老小鼠腦血管特異性 Alpl（編碼 TNAP）的條件性敲除；使用口服生物利用的非腦穿透性 TNAP 抑制劑 SBI-425 進(jìn)行藥理學(xué)干預(yù)，驗(yàn)證靶點(diǎn)的治療可行性。

4 高通量測(cè)序與生物信息學(xué)分析
通過(guò)單細(xì)胞 RNA 測(cè)序（scRNA-seq）分離并分析小鼠海馬腦內(nèi)皮細(xì)胞（BECs）的轉(zhuǎn)錄組特征，單核 RNA 測(cè)序（snRNA-seq）分析海馬實(shí)質(zhì)細(xì)胞（神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞等）的基因表達(dá)變化；結(jié)合公共單細(xì)胞數(shù)據(jù)庫(kù)（Tabula Muris）篩選 GPI 錨定蛋白，通過(guò) GO 富集、差異基因（DEG）分析、UMAP 聚類解析測(cè)序數(shù)據(jù)，挖掘關(guān)鍵通路和分子變化。

5 行為學(xué)與生理指標(biāo)檢測(cè)
采用新物體識(shí)別（NOR）、Y 迷宮、徑向臂水迷宮（RAWM）、主動(dòng)避位實(shí)驗(yàn)（APA）評(píng)估小鼠海馬依賴的物體記憶、空間工作記憶和空間學(xué)習(xí)能力；通過(guò)巢筑實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)、握力實(shí)驗(yàn)、體質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估小鼠整體健康和生理狀態(tài)；利用 C1q、GFAP 免疫染色檢測(cè)腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化水平，評(píng)估神經(jīng)炎癥狀態(tài)。

6 人類樣本驗(yàn)證
收集年輕健康者、健康老年人、AD 患者的死后額葉皮質(zhì)組織，通過(guò) Western blot 檢測(cè) TNAP 蛋白表達(dá)水平，驗(yàn)證研究發(fā)現(xiàn)的分子軸在人類中的臨床相關(guān)性。

7 運(yùn)動(dòng)干預(yù)模型
讓小鼠單籠飼養(yǎng)并自由接觸轉(zhuǎn)輪跑步 6 周（衰老小鼠）或 12 周（5xFAD 小鼠），通過(guò)轉(zhuǎn)輪管理軟件記錄跑步距離，設(shè)置鎖輪的久坐小鼠為對(duì)照組，后續(xù)檢測(cè)肝臟 GPLD1 表達(dá)和小鼠認(rèn)知功能。 

01、研究?jī)?nèi)容
1 鑒定腦血管TNAP為GPLD1的直接GPI錨定底物
通過(guò)公共數(shù)據(jù)庫(kù)篩選發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)皮細(xì)胞中GPI錨定蛋白呈現(xiàn)富集狀態(tài)，且衰老小鼠腦內(nèi)皮細(xì)胞中編碼TNAP的基因表達(dá)顯著上調(diào)；免疫染色與堿性磷酸酶活性檢測(cè)結(jié)果證實(shí)，衰老小鼠海馬腦血管中TNAP的表達(dá)水平與酶活性均明顯升高，而運(yùn)動(dòng)干預(yù)能夠下調(diào)衰老小鼠腦血管TNAP的表達(dá)與活性。體外TNAP報(bào)告細(xì)胞系實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，野生型小鼠及人源GPLD1均可有效切割TNAP并促使其釋放至培養(yǎng)基中，催化位點(diǎn)失活的GPLD1則無(wú)此切割效應(yīng)；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，肝臟過(guò)表達(dá)GPLD1可降低衰老小鼠海馬腦血管的TNAP表達(dá)與堿性磷酸酶活性，同時(shí)伴隨血漿中TNAP含量升高，充分證實(shí)腦血管TNAP是GPLD1的直接體內(nèi)作用底物。
 

圖1 GPI錨定的TNAP是位于老化海馬血管上的GPLD1基底

2 肝臟GPLD1過(guò)表達(dá)修復(fù)衰老小鼠海馬血腦屏障功能并重塑腦內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組
采用肝特異性腺相關(guān)病毒介導(dǎo)GPLD1過(guò)表達(dá)后，衰老小鼠海馬的血腦屏障滲漏情況明顯緩解，屏障通透性顯著降低，熒光轉(zhuǎn)鐵蛋白的攝取能力得到部分恢復(fù)，腦血管中Caveolin-1表達(dá)水平顯著下調(diào)，提示GPLD1能夠有效逆轉(zhuǎn)衰老相關(guān)的血腦屏障功能異常。單細(xì)胞測(cè)序分析結(jié)果表明，衰老會(huì)導(dǎo)致小鼠海馬腦內(nèi)皮細(xì)胞出現(xiàn)大量差異表達(dá)基因，而GPLD1過(guò)表達(dá)可使其中大部分異常表達(dá)基因恢復(fù)至年輕化表達(dá)模式；基因本體富集分析顯示，這類恢復(fù)表達(dá)的基因主要參與炎癥反應(yīng)調(diào)控、能量代謝、蛋白穩(wěn)態(tài)等關(guān)鍵生物學(xué)過(guò)程，證實(shí)GPLD1可重塑衰老腦內(nèi)皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組特征。

圖2 增加肝源性GPLD1可恢復(fù)老年海馬體的BBB功能

3 模擬衰老相關(guān)的腦血管TNAP上調(diào)可損傷年輕小鼠血腦屏障功能與認(rèn)知能力
借助腦內(nèi)皮細(xì)胞特異性腺相關(guān)病毒在年輕小鼠體內(nèi)過(guò)表達(dá)TNAP，可顯著提升其海馬腦血管的堿性磷酸酶活性，同時(shí)誘發(fā)血腦屏障滲漏加劇、轉(zhuǎn)鐵蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)效率下降、Caveolin-1表達(dá)上調(diào)等表型，成功模擬出衰老相關(guān)的血腦屏障功能損傷。行為學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示，TNAP過(guò)表達(dá)的年輕小鼠在新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)中喪失對(duì)新物體的探索偏好，在空間記憶相關(guān)行為實(shí)驗(yàn)中定位隱藏平臺(tái)的失誤次數(shù)明顯增多，工作記憶相關(guān)指標(biāo)無(wú)顯著差異，證實(shí)腦血管TNAP的異常上調(diào)是負(fù)調(diào)控年輕小鼠海馬依賴的物體記憶與空間記憶的關(guān)鍵因子。
 

圖3 模擬與年齡相關(guān)的腦血管TNAP增加，破壞BBB功能并損害認(rèn)知

4 腦血管TNAP是GPLD1改善衰老小鼠認(rèn)知功能的關(guān)鍵靶點(diǎn)
在衰老小鼠體內(nèi)同步實(shí)現(xiàn)肝臟GPLD1過(guò)表達(dá)與腦血管TNAP過(guò)表達(dá)，可抵消GPLD1介導(dǎo)的腦血管堿性磷酸酶活性下調(diào)效應(yīng)，且GPLD1對(duì)物體記憶、空間記憶的改善作用被顯著抑制，對(duì)工作記憶的改善效果則不受影響，證實(shí)TNAP介導(dǎo)了GPLD1對(duì)衰老小鼠物體記憶和空間記憶的調(diào)控作用。利用CRISPR-Cas9技術(shù)特異性敲除衰老小鼠腦血管的TNAP，可降低腦血管堿性磷酸酶活性，同時(shí)有效改善小鼠的物體識(shí)別與空間記憶能力；采用TNAP特異性抑制劑處理衰老小鼠，同樣能夠下調(diào)腦血管堿性磷酸酶活性，其對(duì)物體記憶和空間記憶的改善效果與肝臟GPLD1過(guò)表達(dá)相當(dāng)，僅未體現(xiàn)出工作記憶的改善效應(yīng)，證實(shí)靶向抑制TNAP可復(fù)刻GPLD1的核心認(rèn)知改善作用。
 

圖4 增加腦血管TNAP可以減輕肝源GPLD1的認(rèn)知益處，而針對(duì)TNAP則逆轉(zhuǎn)與衰老相關(guān)的認(rèn)知障礙

5 TNAP抑制可復(fù)現(xiàn)GPLD1對(duì)衰老小鼠海馬的轉(zhuǎn)錄組重塑效應(yīng)
對(duì)TNAP抑制劑處理的衰老小鼠開(kāi)展單細(xì)胞測(cè)序與單核測(cè)序分析，結(jié)果顯示TNAP抑制后海馬腦內(nèi)皮細(xì)胞的差異表達(dá)基因與GPLD1過(guò)表達(dá)組高度重合，絕大多數(shù)重疊基因均可恢復(fù)至年輕化表達(dá)水平，二者共享的調(diào)控通路集中于炎癥調(diào)控、能量代謝與蛋白穩(wěn)態(tài)領(lǐng)域。針對(duì)海馬實(shí)質(zhì)細(xì)胞的單核測(cè)序分析表明，GPLD1過(guò)表達(dá)與TNAP抑制均主要調(diào)控神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞的基因表達(dá)，兩者的差異表達(dá)基因存在明顯重疊；基因本體富集分析顯示，這類重疊基因主要參與突觸可塑性、神經(jīng)元發(fā)育和行為調(diào)控等生物學(xué)過(guò)程。同時(shí)，兩種干預(yù)方式均可降低衰老小鼠海馬中小膠質(zhì)細(xì)胞突觸修剪因子、星形膠質(zhì)細(xì)胞活化標(biāo)志物的表達(dá)，有效抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)。
 

圖5 抑制TNAP活性重現(xiàn)了GPLD1治療在衰老過(guò)程中海馬體轉(zhuǎn)錄特征

6 運(yùn)動(dòng)上調(diào)阿爾茨海默病模型小鼠肝臟GPLD1表達(dá)并改善認(rèn)知，GPLD1過(guò)表達(dá)重塑模型小鼠海馬轉(zhuǎn)錄組
對(duì)阿爾茨海默病模型小鼠進(jìn)行長(zhǎng)期自愿轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)干預(yù)，其肝臟GPLD1表達(dá)水平顯著上調(diào)，且GPLD1表達(dá)水平與小鼠新物體識(shí)別能力呈正相關(guān)，運(yùn)動(dòng)干預(yù)組小鼠的物體記憶表現(xiàn)明顯優(yōu)于久坐組。肝臟過(guò)表達(dá)GPLD1可使模型小鼠海馬中大部分阿爾茨海默病相關(guān)差異表達(dá)基因恢復(fù)至野生型水平，這類基因主要富集于神經(jīng)發(fā)生和突觸功能相關(guān)通路；同時(shí)，GPLD1過(guò)表達(dá)可增加模型小鼠海馬神經(jīng)祖細(xì)胞與新生神經(jīng)元數(shù)量，上調(diào)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子表達(dá)，下調(diào)星形膠質(zhì)細(xì)胞活化標(biāo)志物水平，有效改善阿爾茨海默病相關(guān)的海馬轉(zhuǎn)錄組失衡。
 

圖6 肝源性GPLD1在運(yùn)動(dòng)中增加，并在阿爾茨海默病病理模型中恢復(fù)海馬轉(zhuǎn)錄特征

7 上調(diào)GPLD1或抑制TNAP可改善阿爾茨海默病模型小鼠的病理?yè)p傷與認(rèn)知障礙
肝臟過(guò)表達(dá)GPLD1可顯著減少模型小鼠海馬的β淀粉樣蛋白斑塊沉積與蛋白表達(dá)水平，改善淀粉樣前體蛋白加工異常，同時(shí)有效提升小鼠的巢筑能力、新物體識(shí)別能力與工作記憶水平，空間學(xué)習(xí)能力也得到部分恢復(fù)。蛋白免疫印跡實(shí)驗(yàn)證實(shí)，人類阿爾茨海默病患者腦組織中的TNAP表達(dá)水平顯著高于健康年輕人群與健康老年人群；在模型小鼠中使用TNAP抑制劑干預(yù)，可明顯減少海馬β淀粉樣蛋白斑塊與蛋白表達(dá)，改善小鼠巢筑能力與新物體識(shí)別記憶，其干預(yù)效果與GPLD1過(guò)表達(dá)高度一致。
 

圖7 增加肝源性GPLD1或抑制小鼠的TNAP活性可緩解阿爾茨海默病病理和認(rèn)知缺陷

02、創(chuàng)新點(diǎn)
1 首次揭示肝 - 腦運(yùn)動(dòng)信號(hào)軸的核心分子機(jī)制，明確 GPLD1 的腦血管靶點(diǎn)
此前僅發(fā)現(xiàn) GPLD1 作為肝臟來(lái)源的運(yùn)動(dòng)因子可改善衰老認(rèn)知，但未明確其非腦穿透性的作用途徑和核心下游靶點(diǎn)。本研究首次鑒定出腦血管 TNAP 是 GPLD1 的直接 GPI 錨定底物，闡明了 “運(yùn)動(dòng)→肝臟 GPLD1 上調(diào)→循環(huán) GPLD1 切割腦血管 TNAP→修復(fù) BBB 功能→改善認(rèn)知” 的肝 - 腦信號(hào)軸，填補(bǔ)了運(yùn)動(dòng)外周因子調(diào)控腦脈管系統(tǒng)的研究空白，明確了 GPLD1 發(fā)揮作用的關(guān)鍵分子節(jié)點(diǎn)。

2 發(fā)現(xiàn) TNAP 是衰老和 AD 中腦血管功能異常及認(rèn)知損傷的新型病理靶點(diǎn)
此前研究?jī)H發(fā)現(xiàn) TNAP 在衰老腦血管中上調(diào)并影響血腦轉(zhuǎn)運(yùn)，但其對(duì)認(rèn)知的直接作用及在 AD 中的病理意義尚未被揭示。本研究證實(shí)，腦血管 TNAP 的異常上調(diào)可直接導(dǎo)致 BBB 功能障礙并損傷海馬依賴的認(rèn)知，且人類 AD 患者腦組織中 TNAP 顯著升高，首次將 TNAP 與 AD 的病理和認(rèn)知損傷關(guān)聯(lián)，為衰老和 AD 的研究提供了全新的腦血管靶點(diǎn)。

03、啟發(fā)
1 科研研究層面：注重多維度驗(yàn)證與機(jī)制的層層深挖，銜接基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化
該研究從已知的 “GPLD1 改善認(rèn)知” 出發(fā)，并未止步于表型觀察，而是針對(duì) “非腦穿透性因子如何調(diào)控腦功能” 這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題層層深挖，通過(guò)公共數(shù)據(jù)庫(kù)篩選、體外酶切實(shí)驗(yàn)、體內(nèi)挽救實(shí)驗(yàn)等多維度驗(yàn)證靶點(diǎn)的特異性，同時(shí)結(jié)合 scRNA-seq 和 snRNA-seq 解析分子調(diào)控的轉(zhuǎn)錄組機(jī)制，讓研究結(jié)論更具說(shuō)服力。此外，研究始終兼顧基礎(chǔ)機(jī)制與臨床轉(zhuǎn)化，在動(dòng)物模型中驗(yàn)證藥理學(xué)干預(yù)的可行性后，立即通過(guò)人類 AD 樣本驗(yàn)證靶點(diǎn)的臨床相關(guān)性，為后續(xù)研究指明了轉(zhuǎn)化方向，提示基礎(chǔ)科研應(yīng)注重 “從現(xiàn)象到機(jī)制，從機(jī)制到轉(zhuǎn)化” 的邏輯鏈條。

2 疾病研究層面：重視脈管系統(tǒng)在神經(jīng)退行性疾病中的早期調(diào)控作用
衰老和 AD 的研究長(zhǎng)期聚焦于神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞等腦內(nèi)固有細(xì)胞，而該研究再次證實(shí)，腦血管系統(tǒng)是腦功能調(diào)控的重要節(jié)點(diǎn)，其功能異常是衰老和 AD 的早期事件，且可通過(guò)外周因子進(jìn)行調(diào)控。這提示我們，在神經(jīng)退行性疾病的研究中，應(yīng)將脈管系統(tǒng)作為重要的研究對(duì)象，關(guān)注 “神經(jīng) - 血管” 交互作用，從血管角度挖掘新的病理機(jī)制和治療靶點(diǎn)，為疾病的早期干預(yù)提供新思路。

04、征稿啟事
深耕科研之路，每一次實(shí)驗(yàn)突破、每一篇論文產(chǎn)出、每一份思路沉淀，都值得被看見(jiàn)、被傳播、被借鑒。

為搭建優(yōu)質(zhì)學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，匯聚各領(lǐng)域科研智慧，助力更多科研工作者互通思路、共享成果、碰撞靈感，本公眾號(hào)正式開(kāi)啟長(zhǎng)期科研推文征稿，誠(chéng)邀廣大科研同仁踴躍投稿，讓你的學(xué)術(shù)見(jiàn)解發(fā)光發(fā)熱！

參考文獻(xiàn)：Bieri G, Pratt KJB, Fuseya Y, Aghayev T, Sucharov J, Horowitz AM, Philp AR, Fonseca-Valencia K, Chu R, Phan M, Remesal L, Wang SJ, Yang AC, Casaletto KB, Villeda SA. Liver exerkine reverses aging- and Alzheimer's-related memory loss via vasculature. Cell. 2026 Mar 5;189(5):1499-1516.e25. doi: 10.1016/j.cell.2026.01.024IF: 42.5 Q1 . Epub 2026 Feb 18. PMID: 41713415.

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