一项突破性的单细胞研究揭示了人类大脑在50至75岁之间可能进入一个全新的生物学阶段。该研究由纽约基因组中心、加州大学圣地亚哥分校、加州大学欧文分校等机构的科学家合作完成，于2026年7月23日发表在《科学》杂志上。研究团队对来自不同年龄段人类海马体的细胞进行了详细分析，发现这一关键脑区在中年至老年过渡期间经历了一系列剧烈的分子和细胞变化，包括免疫细胞的更替、基因组三维结构的松散化以及基因调控网络的广泛重塑。

中年时期的免疫系统剧变

研究最显著的发现之一是小胶质细胞群体的重大转变。小胶质细胞是大脑中的常驻免疫细胞，负责清除有毒物质和维持神经环境稳态。在50至75岁之间，胚胎发育期形成的小胶质细胞数量急剧减少，取而代之的是分子特征类似于血液中循环免疫细胞的细胞。这些新出现的细胞表现出更强的炎症信号，可能加剧与大脑衰老相关的慢性神经炎症。这一发现挑战了长期以来认为小胶质细胞在出生前形成并终身不变的假设。

研究还发现，维持血脑屏障的细胞数量显著下降。血脑屏障是保护大脑免受血液中有害物质侵害的重要结构。该研究的通讯作者之一、纽约基因组中心科学主任兼CEO、哥伦比亚大学遗传学与发育学教授Bing Ren博士指出：“小胶质细胞对维持大脑稳态至关重要。当这些细胞无法履行其日常清理职责时，有毒物质会积累，从而触发炎症过程，可能促进神经退行性疾病的发生。”

基因组组织随年龄增长而弱化

除了免疫和血管细胞的变化，研究还观察到多种脑细胞中基因组的三维结构逐渐失去组织性。DNA并非以松散状态存在于细胞核内，而是折叠成高度有序的结构，这种结构决定了哪些基因可以被激活。基因组结构的广泛侵蚀表明，基因组组织的衰退可能是大脑衰老的基本特征之一。

加州大学圣地亚哥分校表观基因组学中心单细胞基因组学主任Nathan Zemke表示：“这项工作在理解衰老如何重塑脑细胞中的人类基因组方面迈出了重要一步。这些发现表明，研究基因调控和基因组组织对于理解衰老过程的机制至关重要。”

研究结果指出，大脑衰老不仅仅是损伤的缓慢积累，而是免疫、血管和神经元系统在衰老过程中发生的协调性动态重塑。该研究的共同通讯作者、加州大学欧文分校神经回路映射中心主任Xiangmin Xu教授强调：“重要的是，这项研究揭示了衰老并非简单的逐渐衰退，而是涉及免疫、血管和神经元系统的协调动态重塑。这些发现为识别新的治疗靶点打开了大门，旨在保持整个生命周期中的神经回路完整性和大脑功能。”

更广泛的基因组变化图谱

这项研究是美国国立卫生研究院4D核体（4D Nucleome）共同基金项目资助的六项研究之一，该项目历时十年（2015-2025），旨在绘制基因组结构在空间和时间上的变化图谱。Bing Ren博士还参与了其他三篇发表在《科学》上的论文，这些论文共同研究了不同细胞类型和时间尺度下的基因组结构。这些研究共同为科学家们提供了丰富的资源，以探索基因组组织异常与发育、衰老及疾病（包括神经退行性疾病）之间的关系。