颠覆认知!Nature:成年后,大脑海马体新神经元就“停产了”!
2018/03/13
长期以来,科学家们认为,每一天,人类大脑的海马体都会产生数百个新的神经细胞。然而,最新发表在Nature上的一项成果可能要颠覆这种想法了。新研究发现,我们一旦成人后,该区域神经元似乎就停止产生了。


图片来源:Nature(DOI:10.1038/nature25975)

这项新成果一经发表就引发了激烈的讨论,因为在过去的20年里,一些研究让科学家们认为,尽管人类和动物海马体(参与学习和记忆的大脑区域)中神经元的产生会随着年龄的增长而减少,但即便在最老的个体中,也会存在一些新生的神经细胞。

根据Science杂志的回顾,1988年,科学家们获得了关于成年人中存在神经发生(neurogenesis)的首个证据。这一研究中的癌症患者在活着的时候接受了bromodeoxyuridine注射。这种化学物质会标记新分裂的细胞。而研究证实,在这些已故患者的大脑组织中,bromodeoxyuridine出现在了少量的海马体神经元中。

之后,Karolinska 研究所Jonas Frisén实验室在2013年发表了一项支持上述结论的新成果。研究称,从细胞年龄上来看,人类每天会在齿状回(海马体的一部分)中替换700个神经元。


从上世纪80年代就开始研究大脑再生新细胞能力的Arturo Alvarez-Buylla博士(图片来源:UCSF)

不过,对Frisén等人的这项发现,加州大学旧金山分校的Arturo Alvarez-Buylla一直持怀疑态度。几年前,他的团队调查了一个保存完好的成人大脑样本,结果在除海马体之外的多个大脑区域中发现了一些年轻的神经元。基于此,他们决定开展更大规模的分析,以进一步验证这一发现。

关键发现

在这项最新发表的研究中,团队分析了来自59名捐赠者(从胎儿到六七十岁的人)的大脑海马体组织。他们利用荧光抗体来标记不同成熟度细胞上的特定蛋白;同时,也借助电子显微镜来寻找年轻神经元典型的、细长简单的形状。

结果发现,人类在生命早期时拥有大量的神经干细胞和祖细胞——出生时,平均每平方毫米的脑组织中有1618个年轻的神经元。然而,1-7岁之间,新神经元的生成减少了23倍;成年后,年轻神经细胞的供给完全消失了。研究人员依然能观察到一些未成熟神经细胞的“最老样本”来自一个13岁的捐赠者。

需要强调的是,该研究包含了对22名癫痫患者海马体的分析。这些患者的大脑部分被切除,并立即被处理用于分析。在这些病例中,研究人员在11岁以上的人群中没有发现任何年轻的海马体神经元。


Young neurons (green) are shown in the human hippocampus at the ages of (from left) birth, 13 years old and 35 years old. Images by Arturo Alvarez-Buylla lab

Alvarez-Buylla等得出的结论是:只有在胎儿和儿童中才有年轻的神经元。新生的海马体神经元数量在出生后开始减少,成年后下降至接近零。

质疑声

有趣的是,Frisén也对Alvarez-Buylla的这项新成果提出了质疑。他认为,该研究使用的抗体标志物并不可靠,因为背景荧光会影响研究结果,并且有其他使用相同技术的团队已经观察到了成人的神经发生。

而神经科学家Gerd Kempermann也表示,是否这些标记分子能够可靠地标记出年轻神经元,很大程度上依赖于样本组织的质量。没有看到新的神经元,并不意味着它们就不在那里。“从另一方面来说,用于保存和稳定组织样本的化学物质可能会进一步阻止标记分子与它们的目标细胞结合。在这样的条件下,让这些标志物发挥作用是很难的。”阿姆斯特丹大学的Paul Lucassen补充道。

此外,一些神经科学家还警告称,那些捐赠者的身体和精神状态也很重要。他们有多少锻炼?是卧床不起吗?是否因疾病而沮丧?这些问题都是相关的,因为运动、压力和疾病等因素会影响新生海马体神经元的数量。


Nerve cells (red) in the hippocampus.Credit: Thomas Deerinck, NCMIR/SPL

担忧声

除了质疑声,该成果也带来了很大的担忧。奥地利帕拉塞尔苏斯医科大学的Ludwig Aigner说:“如果得以证实,这一发现不仅对该领域的科学家是一个‘巨大的打击’,对患有某些脑部疾病的人来说也是如此。因为,研究人员一直寄希望于,利用大脑产生新神经元的能力,来治疗阿尔茨海默症和帕金森病等神经退行性疾病。”

不过,伦敦国王学院的Sandrine Thuret表示,从好的方面来讲,这项研究可能会对该领域产生一些直接的积极影响,如,鼓励其他研究者去寻找成年海马体中的年轻神经元,或者促使研究人员开发出更好的标记分子来追踪活体中神经元的形成等。

参考资料:

Neuron creation in brain’s memory centre stops after childhood

Study questions whether adults can really make new neurons

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查看更多
  • Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults

    New neurons continue to be generated in the subgranular zone of the dentate gyrus of the adult mammalian hippocampus1,2,3,4,5. This process has been linked to learning and memory, stress and exercise, and is thought to be altered in neurological disease6,7,8,9,10. In humans, some studies have suggested that hundreds of new neurons are added to the adult dentate gyrus every day11, whereas other studies find many fewer putative new neurons12,13,14. Despite these discrepancies, it is generally believed that the adult human hippocampus continues to generate new neurons. Here we show that a defined population of progenitor cells does not coalesce in the subgranular zone during human fetal or postnatal development. We also find that the number of proliferating progenitors and young neurons in the dentate gyrus declines sharply during the first year of life and only a few isolated young neurons are observed by 7 and 13 years of age. In adult patients with epilepsy and healthy adults (18–77 years; n = 17 post-mortem samples from controls; n = 12 surgical resection samples from patients with epilepsy), young neurons were not detected in the dentate gyrus. In the monkey (Macaca mulatta) hippocampus, proliferation of neurons in the subgranular zone was found in early postnatal life, but this diminished during juvenile development as neurogenesis decreased. We conclude that recruitment of young neurons to the primate hippocampus decreases rapidly during the first years of life, and that neurogenesis in the dentate gyrus does not continue, or is extremely rare, in adult humans. The early decline in hippocampal neurogenesis raises questions about how the function of the dentate gyrus differs between humans and other species in which adult hippocampal neurogenesis is preserved.

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