Nature:成年脑细胞受损后,会恢复到胚胎状态进行自我修复,且再生还需“神秘嘉宾”来帮忙
2020/04/20
在促进神经元的生长和修复过程中,还涉及了一个“神秘嘉宾”——亨廷顿基因(HTT)。

在很多器官中,通过再生缺失的细胞类型就能够修复损失的组织。然而大脑和脊髓的损伤常常会诱发其功能或能力的永久性丧失。修复大脑和脊髓的损害是医学界最艰巨的挑战,也是科学家们希望破解的难题。

2017年,哈尔滨医科大学任晓平教授与意大利合作者在遗体上进行的异体头身重建“排练”,被社会误读为已经实现“换头术”,一时激起千层浪。“换头术”新闻引起的涟漪不仅因为它挑战现有医学伦理,也正因为它在技术上还远没有达到能真正实现的程度。

4月15日,《Nature》杂志上发表的一项研究或许对于攻克这个医学难题有一定的帮助。来自美国加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员发现,当成年脑细胞受伤时,它们会恢复为胚胎状态。在未成熟状态下,这些细胞能够重新生长新的连接。适当的条件下,这些连接可以帮助恢复失去的功能


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

具体来说,研究人员使用小鼠模型发现,受伤后,成年大脑中的成熟神经元会恢复为胚胎状态。而就在20年前,科学家们还一致认为成年大脑是静态的、终末分化的、完全建立的、不可改变的。

此前研究发现,海马和心室下区不断产生新的脑细胞,并在一生中不断地补充这些大脑区域。

最新的研究中,研究人员发现,大脑的自我修复或自我替换能力不仅限于这两个区域。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)恢复为胚胎皮层神经元。在这种不成熟的状态下,只要提供一个可以成长的环境,它就可以重新生长轴突。

文章作者、圣地亚哥大学医学院神经科学教授兼转化神经科学研究所所长MarkTuszynski博士表示,“使用现代神经科学、分子遗传学、病毒学和计算能力等工具,我们首次能够确定一个成年脑细胞中的全部基因是如何自我重置以再生的。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。”

近年来,研究人员已经大大提高了利用移植的神经干细胞刺激脊髓损伤修复并恢复丧失功能的可能性,这主要是通过诱导神经元使轴突穿过并穿过损伤部位,重新连接被切断的神经。

就在去年,加州大学圣地亚哥分校医学院和医学工程学院的研究人员首次使用快速3D打印技术创建了脊髓,然后成功地将装有神经干细胞的支架植入严重脊髓损伤大鼠的脊髓部位,从而促进了大鼠脊髓损伤中神经细胞的生长,恢复连接和丧失功能。


3D打印的植入物,用作修复大鼠脊髓损伤的支架

相关研究结果以“Biomimetic 3D-printed scaffoldsfor spinal cord injury repair”为题发表在《Nature Medicine》杂志上。


https://doi.org/10.1038/s41591-018-0296-z

除了上述令人震惊的发现,研究人员在最新的研究中还有一个意想不到的收获:在促进神经元的生长和修复过程中,还涉及了一个“神秘嘉宾”——亨廷顿基因(HTT)

看到这里,小朋友可能会有很多问号。对,它是我们熟知的亨廷顿基因,突变后会导致亨廷顿氏病(HD)。亨廷顿氏病是一种渐进的退化性疾病,可引起大脑中某些神经细胞的萎缩或废弃,从而可能导致病人无法控制自己的动作和情绪、以及造成在脑力和认知功能方面的退化。

尽管目前已有很多研究试图了解亨廷顿基因突变致病机理,但对于亨廷顿基因的正常作用了解的还是很少。小鼠大脑的横截面描绘了表达正常水平的亨廷顿基因的细胞(蓝色),而细胞(红色)的基因被敲除,没有亨廷顿基因后,细胞显示再生较少。

Tuszynski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)由HTT基因维持。在经过基因工程改造而缺乏HTT基因的小鼠中,脊髓损伤显示神经元萌发和再生明显减少。

研究结果表明,亨廷顿基因对于促进脑神经元的修复至关重要。因此,该基因的突变会导致成年神经元丧失自我修复的能力,进而导致亨廷顿氏病。

参考资料:

1.When damaged, the adult brain repairs itself by going backto the beginning

2.3D Printed ImplantPromotes Nerve Cell Growth to Treat Spinal Cord Injury

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