摘要

年轻血液或血浆能改善老年动物的认知功能，但其供应有限。本研究通过易于扩增的诱导多能干细胞（iPSCs）培育出年轻血细胞亚型，并评估其对年龄相关及阿尔茨海默病（AD）相关认知与神经衰退的影响。在衰老小鼠中，静脉注射诱导单核吞噬细胞（iMPs）可提升海马体依赖性认知任务表现，改善神经健康并降低神经炎症。海马单核RNA测序显示，iMPs能改善与认知任务密切相关的苔藓细胞亚群健康，并降低多种海马细胞类型的转录年龄。血浆蛋白质组学分析表明，iMPs还能逆转血清淀粉样蛋白随年龄增长而升高的水平。体外实验验证了iMPs条件培养基可保护人类小胶质细胞免受血清淀粉样蛋白诱导的死亡。最后，iMPs在年轻和衰老的5×FAD小鼠中均能改善认知功能，凸显其作为预防及干预策略的潜力。综合这些发现，iMPs为靶向延缓年龄相关及AD相关认知衰退提供了新型治疗策略。

主要结果

图1 iMPs的制备及其对衰老认知功能的改善

研究团队通过四阶段诱导分化技术（S1-S4阶段分别添加BMP4、bFGF/SCF/VEGF、SCF/IL-3/TPO/M-CSF/Flt3、M-CSF/Flt3/GM-CSF），将人iPSC定向转化为iMPs；再用流式细胞术检测细胞表面标志物，免疫细胞化学染色验证细胞身份，荧光微球吞噬实验确认其吞噬能力；最后对3月龄（年轻）和11-12月龄（衰老）NSG小鼠进行尾静脉注射（每3天1次，共8次），通过Y迷宫、新物体位置/识别实验等评估认知。结果显示，分化的iMPs高表达CD11b、CD14等成熟单核吞噬细胞标志物，且具备吞噬功能；衰老雄鼠的空间工作记忆（Y迷宫）和短期记忆（新物体位置）显著衰退，iMPs处理后前者接近年轻鼠水平，后者完全恢复，同时排除了iMPs对运动或焦虑的影响，雌鼠则未出现显著认知改善。

图2 iMPs重塑脑内免疫环境与神经健康

研究者采用免疫组化技术（标记IBA1、CD68、LAMP1等标志物）观察海马体（DG、CA1、CA3区）细胞形态，结合Scholl分析量化小胶质细胞分支，用多重ELISA检测皮质炎症因子。结果发现，衰老导致小胶质细胞分支缩短、复杂性降低、溶酶体功能紊乱（LAMP1积累），且CA3区突触标志物VGLUT1降低、星形胶质细胞增生，iMPs处理可逆转这些变化，尤其能恢复小胶质细胞分支长度与复杂性、降低CXCL10、CCL3等炎症因子水平；同时iMPs仅调控小胶质细胞炎症（COX-1），不影响神经元兴奋性毒性通路（COX-2），雌鼠仅小胶质细胞分支长度得到修复。

图3 iMPs恢复海马体中关键的神经细胞群体

通过海马单核RNA测序（snRNA-seq）对小鼠海马细胞聚类分析，结合差异基因表达（DEG）和GO功能富集分析，再用免疫组化验证。结果显示，snRNA-seq鉴定出15种海马细胞类型，其中苔藓细胞的差异基因最多，且该细胞与新环境记忆形成相关；衰老导致特定苔藓细胞亚群（如亚群10）缺失，iMPs处理后恢复，这些亚群富集“学习记忆”“突触增强”相关基因；同时iMPs可恢复衰老苔藓细胞中Vav3、Kcnma1等关键基因的表达，提升GluR2/3+苔藓细胞数量，且不依赖神经发生（DCX+细胞无变化）。

图4 iMPs逆转多种脑细胞的“转录组年龄”

随后，研究团队通过机器学习构建细胞特异性转录时钟（从15种海马细胞中随机选细胞生成“伪细胞”，重复100次），经交叉验证后预测iMPs处理组细胞年龄，再对驱动基因做功能富集分析。结果表明，模型能可靠区分年轻与衰老细胞，iMPs处理可显著降低9种海马细胞（含苔藓细胞、小胶质细胞等）的预测转录组年龄；驱动基因富集“学习记忆”“AD相关通路”，核心基因（如APOE）还与“异常空间学习”相关，证实iMPs通过调控关键基因逆转细胞衰老。

图5 iMPs的系统性抗衰老机制：靶向血清淀粉样蛋白

iMPs虽不进入大脑，但通过调节全身系统发挥作用。蛋白质组学分析发现，iMPs治疗能特异性降低衰老血液中两种促炎性的血清淀粉样蛋白（SAA2和SAP）的水平，这两种蛋白与神经炎症和AD病理密切相关。随后的体外实验证实，这些淀粉样蛋白直接对人大脑小胶质细胞具有毒性，会诱导其死亡，而iMPs分泌的因子则可以有效保护细胞、抵抗这种毒性。

图6 iMPs在阿尔茨海默病模型中的治疗与预防潜力

最后，研究者对4月龄（早期Aβ病理）和9月龄（晚期Aβ病理）5×FAD小鼠尾静脉注射iMPs，通过行为实验、免疫组化和ELISA评估效果。结果显示，iMPs可改善年轻5×FAD鼠的新物体识别记忆、衰老5×FAD鼠的空间记忆；同时增加衰老鼠小胶质细胞分支长度与GluR2/3+苔藓细胞数量；虽不影响Aβ斑块负荷及可溶性Aβ40/Aβ42水平，但仍能改善认知，提示iMPs是不依赖清除Aβ的AD治疗新方向。

总结

本研究通过将iPSCs分化为诱导iMPs，并定期静脉输注给衰老和阿尔茨海默病模型小鼠。研究发现，这些细胞虽不进入大脑，但能通过定植于外周器官、调节全身系统发挥作用。它们显著降低了血液中有害的衰老相关蛋白（如血清淀粉样蛋白），并分泌有益因子，远程改善了大脑内的炎症环境，逆转了小胶质细胞的激活状态，保护了海马体中关键的苔藓细胞。总的来讲，该疗法在不影响β-淀粉样蛋白病理的情况下，成功逆转了多种脑细胞的转录组年龄，并显著改善了小鼠的空间记忆和识别记忆功能，为治疗年龄相关认知衰退和神经退行性疾病提供了全新的策略。