Nature大发现:成年大脑受损后,会自行“回炉再造”

2020
04/17

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生物技术君 / 中国生物技术网
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修复大脑和脊髓损伤可能是医学界最艰巨的挑战之一。直到最近,这似乎还是一项不可能完成的任务。

北京时间4月16日,发表在《Nature》上的一项新研究中,美国加州大学圣地亚哥分校领导的研究团队发现,当成年脑细胞受到损伤时,它们会恢复到胚胎状态:在未成熟状态下,这些细胞能够重新生长出新的连接,以在适当的条件下帮助恢复失去的功能。

研究通讯作者、加州大学圣地亚哥分校医学院神经科学教授、转化神经科学研究所主任Mark Tuszynski说:“利用现代神经科学、分子遗传学、病毒学和计算等令人难以置信的工具,我们首次确定了一个成年脑细胞中的全部基因是如何自我重置以实现再生的。这让我们从根本上了解了在转录水平上再生是如何发生的。”

利用小鼠模型,Tuszynski及其团队发现,在受伤后,成年大脑中的成熟神经元会恢复到胚胎状态。

图片来源:Nature

Tuszynski说:“谁会想到是这样呢?就在20年前,我们还认为成年大脑是静态、终末分化、完全建立和不变的。”

但此前,Salk生物研究所所长、加州大学圣地亚哥分校兼职教授Fred Gage和其他学者的研究发现,新的脑细胞不断在海马体和脑室下区产生,并在一生中不断地补充这些大脑区域。

Tuszynski说:“我们的工作进一步完善了这个概念。大脑自我修复或替换的能力并不局限于这两个区域。相反,当一个成年的大脑皮层细胞受到损伤时,它会在转录水平上恢复到胚胎的皮层神经元。在这种远不成熟的状态下,如果提供一个生长的环境,它可以再生轴突。在我看来,这是这项研究最令人震惊的特点。”

为了提供一个令人鼓舞的再生环境,该团队研究了脊髓损伤后受损神经元的反应。

近年来,研究人员已经显著提高了利用移植神经干细胞刺激脊髓损伤修复和恢复丧失功能的可能性,主要是通过诱导神经元在损伤部位延伸轴突,重新连接被切断的神经。

例如去年,Tuszynski参与的一个多学科团队描述了使用3D打印植入物促进大鼠脊髓损伤中的神经细胞生长、恢复连接和丧失的功能。

这项最新的研究产生了第二个惊人的结果:在促进神经生长和修复方面,一个重要的遗传途径涉及到亨廷顿基因(HTT),当HTT突变时,会导致亨廷顿病,也称作亨廷顿舞蹈症。这是一种缓慢起病的遗传性神经退化疾病,在人群中发病率为万分之一左右,其特征是大脑中的神经细胞逐渐崩溃。

Tuszynski的团队发现,“再生转录组”,即皮质脊髓神经元使用的信使RNA分子的集合,是由HTT基因维持的。在缺乏HTT基因的小鼠中,脊髓损伤后的神经元轴突出芽和再生明显减少。

图片来源:Nature

Tuszynski说:“虽然已有很多研究试图理解为什么亨廷顿基因突变会导致疾病,但是对于该基因的正常作用我们却知之甚少。这项新研究表明,亨廷顿基因对于促进大脑神经元的修复至关重要。因此,该基因的突变将导致成年神经元失去自我修复功能。这反过来又可能导致慢性神经元退化,进而导致亨廷顿病。”

参考文献:

Injured adult neurons regress to an embryonic transcriptional growth state

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2200-5

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