第一作者：Terskov Andrey

通讯作者：Semyachkina-Glushkovskaya Oxana

通讯作者单位：Saratov State University

研究背景

全球老龄化加剧导致认知障碍患者数量激增，而现有药物治疗效果有限，亟需开发非药物干预策略。光生物调节（PBM）作为一种潜在手段，在改善轻中度年龄相关认知障碍中展现出前景。然而，PBM对伴随显著脑老化的高龄个体是否有效尚不明确。本研究通过不同年龄小鼠模型，探究PBM改善认知功能及脑内β-淀粉样蛋白（Aβ）清除的效果与年龄的关系，并揭示其背后的脑膜淋巴管（MLVs）机制。

文章简介

本研究以3月龄（年轻）、12月龄（中年）和24月龄（老年）雄性C57BL/6J小鼠为模型，评估PBM（1050 nm LED，每日30 J/cm²，脉冲模式，持续10天）对认知训练（巴甫洛夫条件反射"光-杠杆-食物"）和脑Aβ水平的影响。揭示了MLV功能完整性决定PBM疗效的年龄阈值效应。相关工作以“Age as a limiting factor for effectiveness of photostimulation of brain drainage and cognitive functions”为题发表在Frontiers of Optoelectronics期刊2025年第2期。

图文速览

1.PBM改善认知功能存在年龄依赖性

如图1f, g所示：图1f显示老年小鼠（24m）形成条件反射所需训练天数显著高于年轻组（3m），且PBM干预后仅年轻组（3m+PBM）和中年组（12m+PBM）训练天数缩短（p < 0.05）；图1g中PBM组小鼠在食物窗口的头部进入次数（反映学习效率）仅在非老年组增加。说明PBM仅增强年轻和中年小鼠的学习能力。

图1 PBM对不同年龄小鼠PCR形成和可溶性Aβ脑水平的影响。a–d PCR形成阶段的图示。e用于小鼠训练和PCR形成的隔断墙示意图。f和g定量分析为期10天的PBM对受试组学习的影响，包括评估达到PCR所需的疗程（f）和食物分配器（中间窗口）中的头部进入（HE）次数（g），反映出用食物成功强化了两个条件信号“光-杠杆”；h定量分析10天PBM疗程对受试组可溶性Aβ脑水平的影响；每组n=10，采用事后Duncan检验进行方差分析，*p<0.05；***组间p<0.001，ns表示不显著

2.PBM调节Aβ清除依赖完整的MLVs功能

PBM降低脑Aβ水平的效果仅在MLVs功能保留的中年小鼠中显现，老年小鼠因淋巴引流障碍无效。图1h显示PBM干预后，中年组（12m+PBM）脑Aβ降至年轻组水平（p < 0.001），老年组（24m+PBM）无变化。

3.老年MLVs增生伴随引流功能障碍

老年小鼠MLVs过度增生（LYVE-1阳性覆盖面积增加）导致淋巴流受阻，脑Aβ清除能力下降。如图2a–c、图3a–d所示：图2a-c显示老年组（24m）MLVs密度显著高于年轻组（LYVE-1阳性覆盖面积百分比增加，p < 0.05）；图3a–d示踪实验表明，老年组脑背/腹侧荧光素异硫氰酸酯-葡聚糖（FITCD）信号强度及颈深淋巴结累积量均最低（p < 0.01）。

图2:MLV网络的年龄差异。a覆盖3-12-24个月大小鼠主静脉窦（横窦（TS）和鼻窦汇合处（COS）,TS/COS）的LYVE-1阳性血管（绿色）的代表性图像，DAPI为粉红色。b MLV共聚焦分析的感兴趣区域（ROI）示意图。c LYVE-1覆盖率的定量分析，以ROI的百分比表示，每组n=8，采用事后Duncan检验进行方差分析

图3 脑引流的年龄差异。a受试组小鼠大脑背侧和腹侧部分FITCD（绿色）分布以及颈深淋巴结（dcLN）中示踪剂积累的代表性图像。血管内充满了伊文思蓝（红色）。b-d定量分析受试组腹侧（b）、背侧（c）和dcLN（d）中FITCD的信号强度。3-12-24m表示小鼠年龄（以月为单位），a.u.表示任意单位，n.s.表示无意义；每组n=10，采用事后邓肯检验进行方差分析检验

总结与展望

本研究首次证实：PBM改善认知与脑Aβ清除的效果受年龄严格限制，其有效性依赖于MLVs功能的完整性。老年小鼠因MLVs增生导致引流功能障碍，丧失PBM响应性。这一发现为临床PBM疗法的适用人群提供了关键标准——即MLVs功能尚未严重衰退的早中期老龄化阶段。未来研究可探索联合睡眠（天然增强脑引流）的PBM策略，以突破老年群体的治疗瓶颈。

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原文刊载在武汉光电国家研究中心平台