來自哥倫比亞大學醫學中心(CUMC)的研究人員發現，骨骼通過骨源性的激素骨鈣素（osteocalcin），對于成年小鼠出生前大腦發育以及諸如學習、記憶、焦慮和抑郁等認知功能產生了強有力的影響。來自于這一小鼠研究的結果有可能促成預防和治療神經系統疾病的新方法。相關研究發表在9月26日的《細胞》（Cell）雜志上。

“大腦通常被視作是一個可影響身體其他器官及部位的器官，但卻很少有人將它視為是一個接受來自其他地方，尤其是來自骨骼的信號的接收器，”研究的領導者、哥倫比亞大學遺傳學與發育系主任Gerard Karsenty博士說。

“在早先的研究中，我們證實大腦是骨量增長的一個強大的抑制者。這一效應如此強大，讓我們不禁提出了一個疑問，‘是否有骨信號回到大腦來限制這一負面影響？’‘如果是這樣的話，那么它利用了什么信號并且這些信號是如何發揮作用的？’”

Karsenty實驗室近期發現了一種由成骨細胞分泌的激素：骨鈣素。他懷疑這一激素有可能參與了這一從骨向腦發送的信號。早先的研究已經證實，骨鈣素影響了如能量消耗、葡萄糖平衡和男性生育多種過程。“由于大多數的激素影響了廣泛的生理過程，因此假設骨鈣素的內分泌功能比已知的更加廣泛，是合理的，”他說。

為了確定骨鈣素是否確實在大腦中發揮了作用，Karsenty和他的研究小組通過遺傳工程構建出了無法生成骨鈣素的“無骨鈣素”小鼠并對其進行了研究。利用這些小鼠，他們明確證實了骨鈣素能夠跨越血腦屏障；結合到腦干、中腦和海馬（負責學習和記憶的大腦區域）中的神經元上；促進了神經元生成；提高了幾種神經遞質，包括5-羥色胺、多巴胺和兒茶酚胺的合成。他們還發現無骨鈣素小鼠的海馬異常的小。

隨后研究人員猜測，神經遞質合成的改變應該改變了動物的行為。在一系列的行為測試中，他們證實無骨鈣素小鼠相比正常小鼠焦慮及抑郁樣行為增加，學習及記憶受損。

這些改變與在老齡化人群中看到的改變相似。Karsenty博士說：“隨著衰老，我們的骨量減少，骨鈣素的生成有可能也是如此。我們現正針對這一點展開研究。不難想象，提高骨鈣素水平或是刺激骨鈣素受體的治療，可能有助于對抗衰老及阿爾茨海默氏癥等衰老相關疾病對認知的影響。”

Karsenty博士說：“當將骨鈣素注入到成年無骨鈣素小鼠體內時，它們的焦慮和抑郁減輕，但注入骨鈣素不會影響學習和記憶或是海馬的大小。這令人感到困惑，因此我們做了另外一個實驗：在出生后敲除骨鈣素。這些小鼠顯示焦慮和抑郁，但記憶和海馬結構卻正常。兩項試驗的結果表明了，骨鈣素一定在發育過程中發揮了作用。”這促使他們開展了第二部分的研究。

在隨后的實驗中，研究人員證實骨鈣素通過胎盤從母親處進入胎兒體內，這一母源骨鈣素庫是海馬形成和建立記憶的必要條件。最后，他們證實，對妊娠期間的無骨鈣素雌鼠一天一次注射骨鈣素，可以防止它們的后代出現行為異常。

“這一研究結果可以解釋從孩子身上觀察到的一些效應，正如無骨鈣素小鼠一樣，一些營養不良的母親生出的孩子具有極高頻率形成代謝和精神疾病。營養不良降低了骨細胞的活性，因此營養不良母親的骨量低，影響了骨鈣素生出。這對于當今的發展中國家具有一點的臨床意義，在這些國家母親營養不良仍然常見，”Karsenty說。

但他也指出，與骨鈣素相關的治療仍然離我們有數年之遙。