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香港中文大學（中大）今日（24日）公布，中大生命科學學院助理教授周熙文教授領導的研究團隊研發了一套基於大數據的生物信息分析流程，有助識別人類腦部變異神經元的特徵和生物標記，證實重新進入細胞周期的神經元對阿茲海默癥及相關腦退化癥的發病和疾病進展有重大影響。這項發現可為研發腦退化癥精準醫療提供新方向。有關研究結果最近發表在國際知名期刊《PLOS Biology》上，並入選為期刊焦點文章。

細胞周期是指細胞持續分裂、生長再到下次分裂的循環過程，而在此過程中細胞也在不斷老化，直至被新生的細胞取代。與一般細胞不同，神經元在大腦發育成熟後便會停止分裂，無法再生。周熙文教授早前的研究提出，部分神經元在承受不同壓力的刺激下會重新啟動細胞周期機器，但受研究方法所限，難以精準及客觀地預測它們被激活後的變化。

中大研究團隊利用嶄新的生物信息分析流程辨別衰老神經元處於細胞周期的表徵及與疾病相關基因的關係。

由於這些變異細胞在整個大腦中的分布難以預測且密度相對較低，傳統組織學或大塊組織轉錄組測序技術等研究方法，均無法識別這些細胞的分子特徵、衍生過程和原因，以及它們對周邊細胞的影響。此外，傳統實驗手段也無法分辨這些衰老神經元是否會因大腦微環境的多樣性而出現任何疾病的特異性。

周熙文研究團隊建基於神經元的細胞生物學特異性，定制了一套生物信息分析流程，可用於進行多腦單核轉錄組數據的統合分析。團隊利用了多國阿茲海默癥人腦轉錄組和病人臨床數據進行分析，通過RNA定序找到細胞周期不同階段的特定標誌物，顯示細胞核處於循環中的哪個階段，以至其衰老功能改變的特徵。他們發現神經元再度啟動細胞周期機器後，並沒有繼續完成分裂以產生子代神經元，反而是激活了細胞衰老機制，導致衰老神經元累積，從而影響大腦整體功能及穩態。

周熙文表示，研究發現這些重新進入細胞周期的衰老神經元更多出現在阿茲海默癥患者身上，並導致多個該癥風險因素相關的基因表達水平上升。同樣地，柏金遜癥和路易氏體失智癥患者大腦中亦有較多重新進入細胞周期的神經元，數量明顯比健康大腦多。利用這種新的生物信息學分析流程，可更深入了解這些細胞的內在特性，以及在疾病條件下所出現的特異性，以協助相關精準醫學的發展。

團隊以阿茲海默癥作為研究模型，分析結果均發現衰老神經元普遍處於功能障礙狀態，與周邊正常的神經元截然不同。在健康的大腦中，這些處於初期及晚期衰老神經元在正常的器官穩態調控下的數量得以控制。然而，在阿茲海默癥影響下，衰老神經元會累積，更會特異地表達一系列促進發炎反應的標記物、代謝功能失調及與病理相關的分子特徵。

此外，研究團隊進一步利用了柏金遜癥和路易體失智癥模型和小鼠大腦老化模型進行分析，驗證這種大數據分析方法對不同疾病模型和跨物種數據的廣泛應用性，為衰老神經元在大腦老化和疾病發病機制中的作用研究提供了新的見解，補充了傳統實驗手段的不足。而分析所揭示的疾病特異性分子特徵亦可為未來診斷和抗衰老治療策略的開發帶來新方向。

這項研究的其他重要貢獻者包括中大生命科學學院博士後研究員吳鄧博士和博士生孫嘉莉。

頂圖：（右起）周熙文教授、孫嘉莉女士及吳鄧博士。