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Science解開懸而未決的神經(jīng)學(xué)謎題

日期:2016-01-26 09:12:58

 髓鞘是包裹在神經(jīng)細(xì)胞軸突外面的一層膜,起作用是起絕緣作用,防止神經(jīng)電沖動從神經(jīng)元軸突傳遞至另一神經(jīng)元軸突。根據(jù)美國加州大學(xué)舊金山分校(UCSF)的一項最新研究表明,形成髓鞘的細(xì)胞,可通過在血管上攀爬和擺動,遷移到發(fā)育的大腦中。研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種機(jī)制,當(dāng)這些不成熟的細(xì)胞——稱為少突膠質(zhì)前體細(xì)胞,離開血管并分化為成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞時,可將自己包裹在神經(jīng)纖維周圍,加快神經(jīng)傳導(dǎo)速度。

 

研究人員在121日的《Science》雜志上描述了這種新的發(fā)育機(jī)制,該結(jié)果可以幫助研究人員了解高度有髓鞘的人腦的發(fā)育,也能加速髓鞘疾病的治療,如多發(fā)性硬化癥。

 

本文第一作者、UCSF醫(yī)學(xué)院兒科和神經(jīng)學(xué)助理教授Stephen Fancy博士指出:“相對于我們的大腦尺寸,人類有相當(dāng)數(shù)量的有髓神經(jīng)纖維。這讓我們得以成為人類,但是這些細(xì)胞如何遷移到大腦中,幾十年來一直是這一領(lǐng)域中懸而未決的問題。這是個狹小局促的空間,它們依靠什么四處走動,一直都是非常難以捉摸的。”

 

當(dāng)Fancy和他的團(tuán)隊在研究少突膠質(zhì)前體細(xì)胞(OPCs)如何分化為其成熟形式的時候,偶然發(fā)現(xiàn)了這個問題的答案。以前的研究表明,Wnt信號通路可抑制這種轉(zhuǎn)化,直到細(xì)胞在正確的位置形成髓鞘,但是該研究團(tuán)隊注意到,當(dāng)他們鎖定小鼠中高水平的Wnt信號時,前體細(xì)胞在遷移方面出現(xiàn)問題,似乎變得粘住血管。

 

Fancy說:“它們只是聚集在血管上,就像葡萄串一樣,而這真正引起了我們的興趣。它突然提示我們,前體細(xì)胞一直都在使用血管四處走動,而我們將它們堵在那里,防止它們脫落。”

 

為了證實(shí)他們的假設(shè),研究小組在發(fā)育的小鼠大腦中,對遷移的OPCs進(jìn)行了活體目標(biāo)成像,并觀察到,細(xì)胞沿著血管爬行,并伸出臂狀的延長部分,從一條血管跳到另一條。研究人員發(fā)現(xiàn),同樣的過程似乎也發(fā)生在人類的大腦中,基于UCSF兒科神經(jīng)病理學(xué)研究實(shí)驗室的腦組織分析,OPCs在血管上攀爬和擺動的時候被捕獲。

 

Fancy說:“這些細(xì)胞似乎是使用血管作為一個攀爬架,這可能有助于解釋它們?yōu)楹文茉诎l(fā)育過程中非常快速地遷移到皮質(zhì)中。”

 

研究人員發(fā)現(xiàn),當(dāng)小鼠的大腦無法構(gòu)建血管時,前體細(xì)胞的遷移就嘎然而止。他們還發(fā)現(xiàn),當(dāng)Wnt信號通路被阻斷時,它會導(dǎo)致前體細(xì)胞從大腦中的血管系統(tǒng)上脫落,這似乎表明,在遷移過程中Wnt信號通常使細(xì)胞與血管相聯(lián)系。

 

Fancy說:“似乎Wnt信號通路起著一種雙重作用——協(xié)調(diào)遷移和分化的時機(jī)。首先,當(dāng)這些細(xì)胞沿著血管遷移時,Wnt信號通路將它們保持在不成熟的形式中,然后,當(dāng)它們到達(dá)目的地時,它就自我關(guān)閉,讓這些細(xì)胞從攀爬架中脫落,并開始成熟。”

 

幫助大腦對抗多發(fā)性硬化

 

Fancy渴望使用這些新的見解,來了解如何改善多發(fā)性硬化癥和其他疾病患者的病癥。

 

當(dāng)免疫系統(tǒng)攻擊并殺死形成髓鞘的少突膠質(zhì)細(xì)胞時,就會發(fā)生多發(fā)性硬化癥,從而阻礙神經(jīng)傳導(dǎo),并引起各種癥狀,包括視力下降、肢體麻木、肌肉無力和痙攣,情緒波動和認(rèn)知能力的下降。患者經(jīng)常會經(jīng)歷一個“復(fù)發(fā)和恢復(fù)”的周期,因為大腦試圖通過在免疫系統(tǒng)損壞髓鞘之后盡可能快地更換受損髓鞘,來修復(fù)自身。

 

Fancy推測,了解如何幫助少突膠質(zhì)細(xì)胞遷移到髓鞘損傷部位,將可能顯著減少多發(fā)性硬化癥患者的復(fù)發(fā)嚴(yán)重程度。他說:“目前,有一些藥物能幫助減少MS最初的髓鞘脫失,但目前還沒有治療方法可幫助髓鞘再生。通過獲得關(guān)于大腦發(fā)育的研究結(jié)果,我們也堅持去了解很多關(guān)于疾病的情況。”

 

多發(fā)性硬化癥(MS)這種中樞神經(jīng)最常見的退髓鞘病變,近年來科學(xué)家對其進(jìn)行了大量研究,并取得了很大進(jìn)展。20145月,在Cell期刊旗下《Stem Cell Reports》雜志發(fā)表的一項研究中,因為MS而嚴(yán)重殘疾的小鼠,在經(jīng)過人類神經(jīng)干細(xì)胞治療后不到兩個星期,就恢復(fù)了行走能力(干細(xì)胞療法可恢復(fù)多發(fā)性硬化癥小鼠機(jī)能)。此后的7月份,美國紐約干細(xì)胞基金會研究所的科學(xué)家,首次產(chǎn)生了來自于原發(fā)性進(jìn)展型多發(fā)性硬化癥患者皮膚樣本的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS),接下來他們開發(fā)了一種加速程序,誘導(dǎo)這些干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成少突膠質(zhì)細(xì)胞——中樞神經(jīng)系統(tǒng)的髓鞘形成細(xì)胞,參與多發(fā)性硬化癥和其他疾病(細(xì)胞療法或可治療多發(fā)性硬化癥)。更令人驚訝的是,在20148月,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),艾滋病病毒感染可降低多發(fā)性硬化癥的風(fēng)險。他們發(fā)現(xiàn),從數(shù)學(xué)方面來講,HIV感染患者比一般人群更少可能患多發(fā)性硬化癥,從而留給我們許多有待于探究的問題。

 

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