深夜裡,一道若隱若現的紅光閃現,熟睡的大腦中彷彿有熱流湧起,然後歸於平靜、周而復始……這究竟是紅光的扭曲,還是神經元的淪喪? 歡迎來到本期的《走近長壽》,恭喜你,剛剛見證了一場人體和外界力量協同努力聯想打造的抗衰洗腦術!

近日,海南大學駱清銘院士與週非凡教授團隊在經典《Nature》子刊上發表研究成果,揭示了「洗腦抗衰」的秘密。

大腦在老化過程中累積了太多髒東西,聽之任之認知衰退不如主動出擊! 來來來,跟著紅光的節奏,淋巴健康了,大腦乾淨了,認知重回年輕水平[1]! (文末領取紅光抗衰資源)

首先,讓我們來現場重現這場「抗衰洗腦術」。 重要參與者一一登場,分別為:

若隱若現的紅光? ——808nm非侵入性經顱光治療。 研究者將老年實驗鼠(15-17月齡,約人類60歲)剃成地中海,然後連續四周頭頂照射波長808nm的近紅外光(每週3次,每次10分鐘);

腦中熱流湧起? ——那是腦脊髓液在大腦中穿梭。 研究者們用腦脊髓液示踪劑OVA-A647對腦脊髓液進行追踪,發現它們在大腦中四處穿梭後,最終流向了頸深部淋巴結,離開大腦;

抗衰洗腦術? ——行為測試顯示,接受紅光照耀的老年老鼠們獲得了堪比年輕老鼠的認知水平!

图注:小鼠红光实验流程及示意图

因為年輕老鼠明顯更有活力、更輕鬆,記憶力更好,更容易對新事物產生興趣並進行探索,研究者們分別開展了曠場(OF)、新物體定位(NOL)、新物體識別(NOR )和Y迷宮測試四種行為學測試檢測老年小鼠的認知水平。

图注:老年小鼠的认知得到了大幅改善

為進一步證實結果,研究者們也用阿茲海默症模型小鼠進行了相同的測試,正如預期的那樣,人為老年癡呆鼠也得到了相似的認知改善。

他們甚至發現了更直觀的認知改善證據:阿茲海默症主要誘因的Aβ蛋白(β-澱粉樣蛋白)明顯減少、代表神經發炎的異常小膠質細胞活化減弱、神經元損傷和突 觸丟失緩解,神經元細胞得以大幅改善。

基因層面上也有不少神經改善的相關證據:參與離子轉運、細胞遷移、神經發生和發育的基因集改變,與神經元存活、分化及阿茲海默病進展相關的PI3K-AKT、TGF- β、催產素等訊息傳遞路徑的轉錄也發生變化,細胞凋亡、凝血、缺氧、發炎反應等基因集顯著下調。

图注:红光能清除Aβ蛋白、保护神经元,并在基因表达上表现出这一点

好傢伙,整場實驗看下來,原來這「抗衰洗腦術」還真是「紅光的扭曲、神經元損傷的淪喪」! 在紅光的誘導下,大腦成功完成清潔和修繕,認知水平和能力得到提升。

不管是面對老年鼠還是罹患老年病的年輕老鼠,紅光屢戰屢捷。 但到底是什麼在紅光和認知改善之間運籌帷幄? 派派注意到了在第一趴中被忽略的一位參與者:腦脊液

是腦脊髓液在大腦中的行動介導了大腦的清理和認知衰退的改善嗎? 幾年前轟動一時的一篇Science正刊論文中[2],

這項研究強調了睡眠在維護人類認知功能中發揮的重要作用,當時的研究者發現了在非快速動眼睡眠(即慢波睡眠,或「無夢階段」[3])期間的電 生理波動-血流動力學-腦脊髓液動力學的連貫模式。

图注:睡眠“洗脑”过程。红色指示的是血液,蓝色指示的是脑脊液

如圖所示,和被約束在血管中的血液不同的是,這種睡眠中每20秒出現一次的腦脊液脈動能直接與大腦實質“親密接觸”,並通過這種接觸沖刷帶走大腦裡的 Aβ蛋白。 因為Aβ蛋白是阿茲海默症的主要誘因之一,正好解釋了睡眠對大腦和認知的維護。

但是既然睡眠就能做到,那紅光的作用又在哪裡呢? 這就不得不說到大腦的免疫系統。

作為人體中最精巧的結構和器官之一,在很長一段時間內,人們都認為大腦與軀體的免疫系統並不相通[4]。

图注:血脑屏障的存在让大脑对来自血液的东西严防死守

但2015年硬腦膜淋巴管的重新發現打破了這個觀點[5]。 透過與頸部深層淋巴結的連接,腦膜淋巴管成功跨越了血腦屏障的“天塹”,為大腦和軀體連上了免疫的橋樑。

之後就是對大腦免疫發現的大爆發和腦脊髓液循環完整過程的發現:

隨著動脈搏動,蛛網膜下腔的腦脊髓液沿著動脈旁管週間隙進入腦實質深部,透過分佈在星狀細胞終足上的AQP4對水的快速轉運促進下,迅速進入腦實質, 再經由靜脈旁管週間隙回流,最終匯入硬腦膜淋巴管,因而排泄出腦[6]。

图注:脑脊液在大脑中循环的途径

這不僅解釋了睡眠改善認知的原理,也為紅光的作用找到了正確切口:腦脊髓液“洗腦”,並非洗過就完事兒,還得有個合適途徑導出這些富含Aβ蛋白的“洗滌液 ”,大腦才能真的乾淨。 而紅光,主要負責維持導出腦脊髓液的淋巴管。

這項研究中,除了認知的改善,研究者也發現了紅光治療對淋巴管及組成淋巴管的內皮細胞的影響。

隨著年齡的增長、神經疾病的進程,大腦中組成淋巴管的淋巴內皮細胞也逐漸受損,細胞內負責能量代謝的粒線體形態發生變化、功能結構受損,細胞外本該排列緊密整齊的內皮 細胞變得鬆散,淋巴管不再能很好地發揮引流腦脊髓液的功能。

图注:相比年轻健康对照,阿兹海默症组的内皮细胞排列松散,线粒体形态也存在缺陷

在紅光的作用下,淋巴內皮細胞的粒線體損傷得以修復,粒線體超氧化物的產生減少,膜電位呈現增加趨勢,其介導的能量代謝也漸趨正常。

組成淋巴管的細胞年輕態,自然就要開始工作。 研究者檢測了這些細胞的基因表現情況,除細胞色素c氧化酶活性和組裝、呼吸電子傳遞、三磷酸腺苷合成等粒線體相關的基因表現增加,更多的還有細胞增殖、黏附、分化、發育 和穩態等相關基因表現的上調。

图注:红光作用下,淋巴内皮细胞相关基因的表达变化

其中較突出的如雙細胞緊密連接組裝和細胞黏附的關鍵蛋白上調,直接指向細胞間緊密連接參與的光對腦膜淋巴管形成的正向調節。 從細胞器修復到細胞修復到淋巴管修復,有了完善的大腦淋巴系統,沖洗下來的Aβ蛋白才能順利離開腦部,完成腦部清潔的最後一環。

與之相反的是,如果透過外力人為消除小鼠腦中的淋巴管,不管是在老年小鼠體內還是在阿茲海默病小鼠體內,紅光的認知抗衰就不再會發揮作用, 大腦神經元不再會被修復,累積的Aβ蛋白含量也無法真正降低。

图注:在消融了大脑淋巴系统后,红光带来的抗衰效果直接完全消除

至此,在近十年的相關研究的共同努力下,紅光對認知衰退的抗擊和改善作用得到了完整的解釋:紅光改善粒線體及其能量代謝功能→大腦淋巴系統的修復→靜靜等待 腦脊髓液「洗腦」完成→有條不紊引導包含「髒東西」的洗滌液離開大腦→腦部修復、認知改善。

但作為看不清楚(因為超越了可見光譜)、摸不著的光束,紅光真的能到達顱腦內部嗎? 巧了,前陣子的另一篇國內研究正好討論了這一點[7]。

图注:很好地证明了颅骨的透光性,但是猫猫头

光的波長越長,穿透能力越強,那本文所用到的808nm近紅外光,無疑是「透骨」的佼佼者。

有研究透過人類屍體頭骨光穿透的定量檢查,發現808 nm的光可以穿透頭皮、頭骨、腦膜和大腦,深度約40毫米,最終到達硬腦膜的內層,正好能輻射到淋巴系統 範圍[8]。 本項研究中也提到了其25%的穿透率。

同時,研究者也表示,雖然本文採用的是808nm的近紅外光,但如果想讓光達到更深的大腦部位,還可以適當增加紅光的波長,810-830nm擁有更深的穿透力、更 好的認知調節效果;此外,還能挑選顱骨上較為薄弱的地方進行光照以提升效果,選擇較薄的翼骨和額葉,放棄較厚的頂葉和枕骨。

图注:不同位置和不同波长光照的穿透性和效果不同

而且,除了透過改善淋巴內皮細胞的粒線體功能來改善認知衰退,紅光也被證明能實現更多的治療或輔助效果:新生兒和年輕人照紅光能治療腦室內出血、經鼻近紅外光 刺激調節神經系統活動[9]、經眼紅光治療能緩解近視情況[10]…

原來這場「紅光抗衰洗腦術」不僅在洗腦的方式和效果上花樣百出,還能實現如此多的功能,除了被迫剃成地中海,實驗鼠直呼「賺到了」!