大腦如何清理死亡神經元?
2020年07月14日10:12
圖片來源:Yale University
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  來源:中國生物技術網

  細胞死亡是一個進化上保守且普遍存在的過程,發生在大多數器官系統的整個生命週期中,與各種穩態功能有關,如發育、免疫調節和抵禦細胞內感染病原體。

  我們的大腦就有一個廢物處理系統,可以防止死亡和有毒的神經元堵塞我們的生物途徑。

  近日,發表在《Science Advances》上的一項研究中,來自美國耶魯大學的科學家們在實驗室對小鼠進行了測試,並首次成功捕獲到了這一過程的視頻(見上圖)。

  關於死亡神經元是如何被清除的,以及大腦對它們的反應,還存在許多未知之處。因此,即使我們還沒有證實人類大腦的工作方式是完全相同的,但這項新研究可能是解決其中一些問題的重要一步。

  該研究通訊作者、耶魯大學醫學院的神經學家Jaime Grutzendler說:“這是第一次在活體哺乳動物大腦中發現這一過程。”

Jaime Grutzendler
Jaime Grutzendler

  進一步來說,一旦我們能更多地瞭解大腦清理系統是如何工作的,這些發現甚至可能為與年齡相關的大腦衰退和神經紊亂的治療提供關鍵信息。

  在這項研究中,研究團隊將重點放在負責大腦清理工作的神經膠質細胞上。他們開發了光化學和病毒結合的方法誘導小鼠單個細胞死亡,並將其與活體光學成像相結合,使用螢光標記物追蹤神經膠質細胞的路徑。

  Grutzendler說:“誘導單個細胞死亡,而不是用錘子敲打大腦造成成千上萬細胞的死亡,讓我們可以研究細胞在死亡後發生了什麼,並觀察其他參與該過程的細胞。這在以前是完全不可能的,但我們現在能夠非常清楚地觀察到底發生了什麼,並試圖理解整個過程。”

  三種類型的神經膠質細胞,即小神經膠質細胞、星形膠質細胞和NG2細胞被證明參與了一個高度協調的細胞清除過程。這一過程既清除了死亡神經元,也移除了與大腦其他區域相連的所有途徑。研究人員觀察到一個小膠質細胞吞噬了整個神經元及其主要分支(樹突),而星形膠質細胞則瞄準較小的連接樹突進行清除。他們懷疑NG2可能有助於阻止死亡細胞碎片的擴散。

 圖片來源:Science Advances
 圖片來源:Science Advances

  研究人員還證明,如果一種膠質細胞由於某種原因錯過了死亡的神經元,其他類型的細胞會在廢物清理過程中接管它們的角色。這表明膠質細胞之間正在發生某種通信。

  研究中另一個有趣的發現是,年齡較大小鼠的大腦清除死亡神經細胞的效率較低,儘管清除垃圾的細胞似乎同樣意識到那裡有一個垂死的細胞。

  這是未來研究的一個好機會,可以讓科學家們瞭解隨著廢物處理系統開始減慢甚至中斷,老年人以及那些頭部受過創傷的人的大腦是如何開始以各種方式紊亂的。也許有朝一日會開發出新的治療方法來代替大腦的清理過程。

  該研究第一作者、耶魯大學醫學院的神經學家Eyiyemisi Damisah說:“細胞死亡在腦部疾病中非常普遍。理解這一過程將會對如何解決腦外傷、中風和其他情況下的腦細胞死亡問題產生新的見解。”

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