大腦老化與糖分子的秘密：史丹佛科學家的突破性發現

隨著年齡增長，大腦的防護機制逐漸失效，認知功能也隨之衰退。然而，史丹佛大學的研究團隊發現，這可能與大腦細胞表面的糖分子有關。他們的研究指出，恢復這些關鍵糖分子，或許能逆轉老化帶來的負面影響。

一直以來，神經科學的研究焦點多集中在蛋白質與DNA上，但史丹佛的研究團隊卻將目光轉向了糖分子——特別是那些像鎖子甲一樣覆蓋在細胞表面的複雜糖鏈。他們的研究揭示了這些糖分子在大腦老化過程中的重要性，並為理解認知衰退與阿茲海默症等疾病提供了新的線索。

諾貝爾獎得主、化學教授Carolyn Bertozzi形容這項研究就像是「登陸了一個新星球」，並表示：「我們首次踏出舒適圈，試圖理解這個未知的領域。」這項跨領域研究的核心人物是史丹佛Bio-X研究生Sophia Shi，她的博士研究結合了Bertozzi與神經科學家Tony Wyss-Coray的實驗室成果。

Shi的研究聚焦於老化小鼠的大腦，發現了血腦屏障細胞表面的糖分子層——稱為糖萼（glycocalyx）——隨著年齡增長發生了顯著變化。她解釋道：「在年輕健康的大腦中，糖萼就像一片茂密的森林，但在老化的大腦中，這片森林變得稀疏、破碎。」

這些變化削弱了血腦屏障的功能，使得有害物質更容易滲透到大腦中，進而引發炎症、認知衰退與神經退化性疾病。Wyss-Coray教授指出：「這項研究為探索老化大腦如何失去韌性奠定了基礎。」

研究團隊發現，老化小鼠的糖萼中，一種名為黏蛋白（mucins）的糖分子顯著減少。當他們在老化小鼠中恢復這些黏蛋白後，血腦屏障的完整性得以改善，神經炎症減少，認知功能也有所提升。Shi表示：「調控糖分子對大腦有重大影響——老化時糖分子流失會帶來負面影響，而恢復糖分子則能產生正面效果。」

Bertozzi強調這項發現的重要性：「生物學的關鍵往往在於找到正確的研究方向。糖萼的這種巨大結構變化一直就在我們眼前，但過去沒有人想到要去研究它，或者缺乏研究工具。」

這項研究也引發了新的問題：糖萼是否不僅僅是被動的屏障，而是在大腦老化過程中扮演更主動的角色？Bertozzi解釋道：「科學家通常從核酸與蛋白質的角度來理解生物過程的精確控制，但他們可能忽略了糖分子的作用。糖分子為生物系統增添了複雜性，使其能夠實現極其精細的調控。」

Shi的研究結合了化學與生物學的專業知識，解決了單一實驗室無法獨自完成的問題。這項研究也促成了史丹佛ChEM-H與神經科學研究所的合作，為未來的研究開闢了新的方向。

然而，許多問題仍然有待解答：是什麼導致糖萼隨著年齡增長而衰退？人類大腦中是否也存在類似的變化？Bertozzi指出，研究人類大腦具有挑戰性，但理解這些機制對於將研究成果轉化為治療方法至關重要。

這項研究不僅為神經退化性疾病如阿茲海默症提供了新的治療機會，也為藥物如何有效進入大腦提供了新的思路。血腦屏障的難以穿透性一直是治療神經系統疾病的障礙，而理解糖萼的作用可能有助於開發更有效的藥物遞送方法。

Shi表示：「我期待能解開糖萼在大腦老化與神經退化中的秘密，並探索如何利用它的潛力來改善大腦健康。」這項研究已於2025年2月26日發表在《自然》期刊上，為未來的研究與治療提供了新的希望。