肝臟運動因子通過血管途徑逆轉(zhuǎn)衰老與阿爾茨海默病相關(guān)記憶衰退

瀏覽次數(shù)：26　發(fā)布日期：2026-3-20　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責任自負

2026年3月5日，加州大學Saul A. Villeda 團隊于《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)容明確運動介導的肝臟來源因子 GPLD1 在逆轉(zhuǎn)衰老及阿爾茨海默�。ˋD）相關(guān)記憶損傷中的作用及分子機制，挖掘其下游關(guān)鍵靶點，為無需物理運動即可獲得運動的認知益處、開發(fā)衰老和 AD 的新型治療策略提供實驗依據(jù)和理論支撐。運動可改善衰老和 AD 的腦功能損傷，但老年人常因身體限制無法堅持運動，此前已發(fā)現(xiàn)肝臟分泌的 GPLD1 是運動誘導的循環(huán)因子且可改善衰老小鼠認知，但其可切割超百種 GPI 錨定蛋白，下游介導認知修復的具體靶點、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，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。本研究驗證 GPLD1 是否通過調(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 中對血腦屏障（BBB）功能及認知的影響，同時驗證靶向該底物的藥理學或基因?qū)W干預是否能模擬 GPLD1 的認知改善效果，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、誘導型 Cas9 轉(zhuǎn)基因小鼠，按實驗需求分為運動組 / 久坐組、GPLD1 過表達組 / 催化失活 GPLD1 組 / GFP 對照組、TNAP 過表達組 / 對照組、TNAP 敲除組 / 對照組、TNAP 抑制劑處理組 / 溶媒對照組等，所有實驗均遵循隨機分組和盲法原則。

2 分子與細胞實驗技術(shù)
構(gòu)建 TNAP 報告細胞系，通過 SEAP 報告基因檢測驗證 GPLD1 對 TNAP 的酶切作用；采用 RT-qPCR、Western blot 檢測基因和蛋白表達，免疫組化（IHC）、堿性磷酸酶（AP）活性染色對組織中蛋白進行定位和活性分析；利用 NHS-biotin 滲漏實驗、熒光標記轉(zhuǎn)鐵蛋白（TF-647）攝取實驗評估 BBB 通透性和血腦轉(zhuǎn)運功能；通過 Thioflavin S 染色檢測 AD 模型小鼠的 Aβ 斑塊沉積。

3 基因操作與藥理學干預技術(shù)
采用流體動力學尾靜脈注射（HDTVI）和肝特異性 AAV8-TBG 載體實現(xiàn)肝臟 GPLD1 的特異性過表達；利用 BECs 靶向 AAV-PHP.V1 載體完成腦血管 TNAP 的過表達，結(jié)合 CRISPR-Cas9 技術(shù)實現(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 進行藥理學干預，驗證靶點的治療可行性。

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

5 行為學與生理指標檢測
采用新物體識別（NOR）、Y 迷宮、徑向臂水迷宮（RAWM）、主動避位實驗（APA）評估小鼠海馬依賴的物體記憶、空間工作記憶和空間學習能力；通過巢筑實驗、轉(zhuǎn)棒實驗、握力實驗、體質(zhì)量監(jiān)測評估小鼠整體健康和生理狀態(tài)；利用 C1q、GFAP 免疫染色檢測腦內(nèi)小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的活化水平，評估神經(jīng)炎癥狀態(tài)。

6 人類樣本驗證
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 Western blot 檢測 TNAP 蛋白表達水平，驗證研究發(fā)現(xiàn)的分子軸在人類中的臨床相關(guān)性。

7 運動干預模型
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照組，后續(xù)檢測肝臟 GPLD1 表達和小鼠認知功能。

01、研究內(nèi)容
1 鑒定腦血管TNAP為GPLD1的直接GPI錨定底物
通過公共數(shù)據(jù)庫篩選發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)皮細胞中GPI錨定蛋白呈現(xiàn)富集狀態(tài)，且衰老小鼠腦內(nèi)皮細胞中編碼TNAP的基因表達顯著上調(diào)；免疫染色與堿性磷酸酶活性檢測結(jié)果證實，衰老小鼠海馬腦血管中TNAP的表達水平與酶活性均明顯升高，而運動干預能夠下調(diào)衰老小鼠腦血管TNAP的表達與活性。體外TNAP報告細胞系實驗結(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，催化位點失活的GPLD1則無此切割效應；體內(nèi)實驗進一步驗證，肝臟過表達GPLD1可降低衰老小鼠海馬腦血管的TNAP表達與堿性磷酸酶活性，同時伴隨血漿中TNAP含量升高，充分證實腦血管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過表達修復衰老小鼠海馬血腦屏障功能并重塑腦內(nèi)皮細胞轉(zhuǎn)錄組
采用肝特異性腺相關(guān)病毒介導GPLD1過表達后，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，腦血管中Caveolin-1表達水平顯著下調(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。單細胞測序分析結(jié)果表明，衰老會導致小鼠海馬腦內(nèi)皮細胞出現(xiàn)大量差異表達基因，而GPLD1過表達可使其中大部分異常表達基因恢復至年輕化表達模式；基因本體富集分析顯示，這類恢復表達的基因主要參與炎癥反應調(diào)控、能量代謝、蛋白穩(wěn)態(tài)等關(guān)鍵生物學過程，證實GPLD1可重塑衰老腦內(nèi)皮細胞的轉(zhuǎn)錄組特征。

圖2 增加肝源性GPLD1可恢復老年海馬體的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知能力
借助腦內(nèi)皮細胞特異性腺相關(guān)病毒在年輕小鼠體內(nèi)過表達TNAP，可顯著提升其海馬腦血管的堿性磷酸酶活性，同時誘發(fā)血腦屏障滲漏加劇、轉(zhuǎn)鐵蛋白轉(zhuǎn)運效率下降、Caveolin-1表達上調(diào)等表型，成功模擬出衰老相關(guān)的血腦屏障功能損傷。行為學檢測結(jié)果顯示，TNAP過表達的年輕小鼠在新物體識別實驗中喪失對新物體的探索偏好，在空間記憶相關(guān)行為實驗中定位隱藏平臺的失誤次數(shù)明顯增多，工作記憶相關(guān)指標無顯著差異，證實腦血管TNAP的異常上調(diào)是負調(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功能并損害認知

4 腦血管TNAP是GPLD1改善衰老小鼠認知功能的關(guān)鍵靶點
在衰老小鼠體內(nèi)同步實現(xiàn)肝臟GPLD1過表達與腦血管TNAP過表達，可抵消GPLD1介導的腦血管堿性磷酸酶活性下調(diào)效應，且GPLD1對物體記憶、空間記憶的改善作用被顯著抑制，對工作記憶的改善效果則不受影響，證實TNAP介導了GPLD1對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，同時有效改善小鼠的物體識別與空間記憶能力；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，其對物體記憶和空間記憶的改善效果與肝臟GPLD1過表達相當，僅未體現(xiàn)出工作記憶的改善效應，證實靶向抑制TNAP可復刻GPLD1的核心認知改善作用。

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

5 TNAP抑制可復現(xiàn)GPLD1對衰老小鼠海馬的轉(zhuǎn)錄組重塑效應
對TNAP抑制劑處理的衰老小鼠開展單細胞測序與單核測序分析，結(jié)果顯示TNAP抑制后海馬腦內(nèi)皮細胞的差異表達基因與GPLD1過表達組高度重合，絕大多數(shù)重疊基因均可恢復至年輕化表達水平，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。針對海馬實質(zhì)細胞的單核測序分析表明，GPLD1過表達與TNAP抑制均主要調(diào)控神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞的基因表達，兩者的差異表達基因存在明顯重疊；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)控等生物學過程。同時，兩種干預方式均可降低衰老小鼠海馬中小膠質(zhì)細胞突觸修剪因子、星形膠質(zhì)細胞活化標志物的表達，有效抑制神經(jīng)炎癥反應。

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

6 運動上調(diào)阿爾茨海默病模型小鼠肝臟GPLD1表達并改善認知，GPLD1過表達重塑模型小鼠海馬轉(zhuǎn)錄組
對阿爾茨海默病模型小鼠進行長期自愿轉(zhuǎn)輪運動干預，其肝臟GPLD1表達水平顯著上調(diào)，且GPLD1表達水平與小鼠新物體識別能力呈正相關(guān)，運動干預組小鼠的物體記憶表現(xiàn)明顯優(yōu)于久坐組。肝臟過表達GPLD1可使模型小鼠海馬中大部分阿爾茨海默病相關(guān)差異表達基因恢復至野生型水平，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，GPLD1過表達可增加模型小鼠海馬神經(jīng)祖細胞與新生神經(jīng)元數(shù)量，上調(diào)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子表達，下調(diào)星形膠質(zhì)細胞活化標志物水平，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在運動中增加，并在阿爾茨海默病病理模型中恢復海馬轉(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損傷與認知障礙
肝臟過表達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水平，改善淀粉樣前體蛋白加工異常，同時有效提升小鼠的巢筑能力、新物體識別能力與工作記憶水平，空間學習能力也得到部分恢復。蛋白免疫印跡實驗證實，人類阿爾茨海默病患者腦組織中的TNAP表達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，可明顯減少海馬β淀粉樣蛋白斑塊與蛋白表達，改善小鼠巢筑能力與新物體識別記憶，其干預效果與GPLD1過表達高度一致。

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知缺陷

02、創(chuàng)新點
1 首次揭示肝 - 腦運動信號軸的核心分子機制，明確 GPLD1 的腦血管靶點
此前僅發(fā)現(xiàn) GPLD1 作為肝臟來源的運動因子可改善衰老認知，但未明確其非腦穿透性的作用途徑和核心下游靶點。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 “運動→肝臟 GPLD1 上調(diào)→循環(huán) GPLD1 切割腦血管 TNAP→修復 BBB 功能→改善認知” 的肝 - 腦信號軸，填補了運動外周因子調(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。

2 發(fā)現(xiàn) TNAP 是衰老和 AD 中腦血管功能異常及認知損傷的新型病理靶點
此前研究僅發(fā)現(xiàn) TNAP 在衰老腦血管中上調(diào)并影響血腦轉(zhuǎn)運，但其對認知的直接作用及在 AD 中的病理意義尚未被揭示。本研究證實，腦血管 TNAP 的異常上調(diào)可直接導致 BBB 功能障礙并損傷海馬依賴的認知，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。

03、啟發(fā)
1 科研研究層面：注重多維度驗證與機制的層層深挖，銜接基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化
該研究從已知的 “GPLD1 改善認知” 出發(fā)，并未止步于表型觀察，而是針對 “非腦穿透性因子如何調(diào)控腦功能” 這一關(guān)鍵科學問題層層深挖，通過公共數(shù)據(jù)庫篩選、體外酶切實驗、體內(nèi)挽救實驗等多維度驗證靶點的特異性，同時結(jié)合 scRNA-seq 和 snRNA-seq 解析分子調(diào)控的轉(zhuǎn)錄組機制，讓研究結(jié)論更具說服力。此外，研究始終兼顧基礎(chǔ)機制與臨床轉(zhuǎn)化，在動物模型中驗證藥理學干預的可行性后，立即通過人類 AD 樣本驗證靶點的臨床相關(guān)性，為后續(xù)研究指明了轉(zhuǎn)化方向，提示基礎(chǔ)科研應注重 “從現(xiàn)象到機制，從機制到轉(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 的研究長期聚焦于神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞等腦內(nèi)固有細胞，而該研究再次證實，腦血管系統(tǒng)是腦功能調(diào)控的重要節(jié)點，其功能異常是衰老和 AD 的早期事件，且可通過外周因子進行調(diào)控。這提示我們，在神經(jīng)退行性疾病的研究中，應將脈管系統(tǒng)作為重要的研究對象，關(guān)注 “神經(jīng) - 血管” 交互作用，從血管角度挖掘新的病理機制和治療靶點，為疾病的早期干預提供新思路。

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

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參考文獻：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.