來源：生物谷原創(chuàng) 2022-07-26 13:13
在一項新的研究中，來自賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院的研究人員領(lǐng)導的一個研究團隊使用先進的技術(shù)表明，在大腦的一個關(guān)鍵記憶區(qū)域---海馬體---中，未成熟的可塑性神經(jīng)元在人類的整個生命周期中都大量存在。
在一項新的研究中，來自賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院的研究人員領(lǐng)導的一個研究團隊使用先進的技術(shù)表明，在大腦的一個關(guān)鍵記憶區(qū)域---海馬體---中，未成熟的可塑性神經(jīng)元在人類的整個生命周期中都大量存在。這一發(fā)現(xiàn)有望能夠解決關(guān)于“成體神經(jīng)發(fā)生（adult neurogenesis）”--在成熟的人類大腦中產(chǎn)生新的未成熟神經(jīng)元---的長期爭議。這一發(fā)現(xiàn)也為深入研究成體神經(jīng)發(fā)生及其在記憶、情緒、行為和大腦疾病中的作用鋪平了道路。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年7月21日的Nature期刊上，論文標題為“Molecular landscapes of human hippocampal immature neurons across lifespan”。
論文共同通訊作者、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院神經(jīng)科學教授Hongjun Song博士說，“許多哺乳動物在一生中都會在大腦中產(chǎn)生新的神經(jīng)元，這在大腦的可塑性---隨著時間的推移而改變和適應的能力---中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這種自我修復的能力在大腦受損時尤其重要，這是在中風或腦損傷期間發(fā)生的情況。這種可塑性對于理解像阿爾茨海默病這樣的疾病也很重要，這些疾病影響了患者的記憶以及其他功能?！?/p>
人類成體神經(jīng)發(fā)生的存在已經(jīng)被爭論了幾十年。近一個世紀以來，神經(jīng)科學家們認為，一旦哺乳動物的大腦成熟，就不會有新的神經(jīng)元產(chǎn)生---現(xiàn)有的神經(jīng)元必須持續(xù)到整個成年期。最終，有些研究已開始提供證據(jù)表明，在小鼠、人類和其他哺乳動物的成年大腦中，特別是在嗅覺區(qū)域和海馬體中，有新產(chǎn)生的、未成熟的神經(jīng)元。海馬體中的未成熟神經(jīng)元過去和現(xiàn)在都特別令人感興趣，因為這個大腦區(qū)域在學習、記憶和情緒調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要作用，并且這些未成熟的神經(jīng)元在阿爾茨海默病患者的大腦中減少了。
然而，在過去的幾年里，其他研究沒有發(fā)現(xiàn)人類海馬體有明顯的成體神經(jīng)生成的證據(jù)。對神經(jīng)科學家們來說，解決這一爭論一直很困難，因為他們還沒有一種簡單、靈敏和特異性的方法來確定成年人類大腦組織樣本中新產(chǎn)生的未成熟神經(jīng)元。
賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院神經(jīng)科學教授Guo-li Ming（另一名論文共同通訊作者）、Song及其研究團隊在兩個強大且相對較新的工具的幫助下克服了這個挑戰(zhàn)。
第一種工具是單核RNA測序（snRNA-seq），它基本上記錄了任何單個細胞中的所有基因活性。第二種工具是機器學習，這是一種人工智能，在這項新的研究中，這些作者用它來篩選小鼠和人類的龐大的基因活性數(shù)據(jù)集，以了解成熟和未成熟的海馬體神經(jīng)元之間的微妙差異。
利用這些方法，這些作者在從嬰兒到92歲的人的一系列人類大腦樣本中證實了未成熟的海馬體神經(jīng)元---主要是一種叫做顆粒細胞（granule cell）的類型---的存在。未成熟的顆粒細胞通常至少占顆粒細胞群體的百分之幾，甚至在老年人的大腦中也是如此。他們在成年人類大腦的其他區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)大量的未成熟神經(jīng)元。
嬰兒海馬體的snRNA-seq數(shù)據(jù)集特征。圖片來自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04912-w。
這一分析發(fā)現(xiàn)了一種廣泛的未成熟顆粒細胞特有的基因活性模式，并顯示了這種模式在正常衰老過程中發(fā)生變化，在人類和小鼠之間的差異，以及在阿爾茨海默病中發(fā)生改變。與之前的研究相一致，這些作者發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病患者的大腦中所有顆粒細胞中未成熟顆粒細胞的比例大大降低，與年齡匹配的非阿爾茨海默病患者的大腦相比降低了一半以上。
通過進一步提出這種類型的分析在探索疾病起源方面的力量，這些作者觀察了整個生命周期內(nèi)未成熟顆粒細胞中已知的關(guān)于包括阿爾茨海默病和自閉癥譜系障礙在內(nèi)的大腦疾病的風險基因的表達。他們發(fā)現(xiàn)在相關(guān)疾病出現(xiàn)的年齡，其中的幾個風險基因開始在未成熟的顆粒細胞中表達。
這項新的研究包括鑒定海馬體祖細胞，這些祖細胞源自神經(jīng)干細胞，并產(chǎn)生新的顆粒細胞。這些實驗表明海馬體祖細胞相對稀少，但可作為新顆粒細胞的穩(wěn)定來源，這些新產(chǎn)生的顆粒細胞成熟速度非常緩慢，需要一年或更長的時間。
Ming說，“在未來，我們希望這種類型的研究可以幫助進一步了解精神疾病和阿爾茨海默病等大腦疾病的原因，從而為治療這些疾病提供可能性?！保ㄉ锕?Bioon.com）
參考資料：
Yi Zhou et al. Molecular landscapes of human hippocampal immature neurons across lifespan. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04912-w.
