科学家发现大脑干细胞的意外作用

QIANGQIANG

几十年来，科学家们认为，大脑中的神经元仅在早期发育时期生成，并且无法补充。然而，最近他们发现，这些细胞具有分裂能力，并能在特定大脑区域中变成新的神经元。这些神经前体细胞的功能仍然是一个热点研究领域。美国国立卫生研究院（NIH）的科学家报道称，小鼠嗅觉系统（处理气味的区域）中新形成的脑细胞，对于保持适当的细胞连接起着至关重要的作用。相关研究结果发表在2014年10月8日的《Journal of Neuroscience》杂志。

本文第一作者、NIH国家神经系统疾病和中风研究所（NINDS）的科学家Leonardo Belluscio博士指出：“对于大脑干细胞来说，这是一个令人惊讶的新作用，改变了我们看待它们的方式。”

嗅球（olfactory bulb）位于大脑前部，接收直接来自鼻子关于环境气味的信息。嗅球中的神经元将这些信息进行排序，并将信号转播给大脑的其他部分，这时我们就意识到我们正在经历的气味。嗅觉丧失往往是各种神经性疾病的早期症状，包括阿尔茨海默氏病和帕金森氏综合症。

在一个称为神经发生（neurogenesis）的过程中，成年以后生成的（adult-born）神经前体细胞，是在大脑深处的室下区中产生的，并迁移到嗅球中，它们认为那里是其最终位置。一旦在适当的位置，它们就与现有的细胞形成联系，并被纳入到神经环路中。

研究嗅觉系统的Belluscio博士，与NIH国家精神卫生研究所的神经发生研究员Heather Cameron联手合作，来更好地了解新神经元的连续加入对嗅球的回路结构有何影响。研究人员利用两种特别设计的小鼠类型，能够在成人中特别靶定和消除产生这些新神经元的干细胞，同时保持其他嗅球细胞的完好无损。这一特异性水平在之前并没有得以实现。

在第一组小鼠实验中，Belluscio博士的研究小组首先通过暂时堵塞动物的一个鼻孔，打乱嗅球回路的组织，来阻止嗅觉感官信息进入大脑。他实验室之前的研究表明，这种形式的感官剥夺（sensory deprivation）可使嗅球内某些预测戏剧性地被传播出去，并失去正常条件下表现出的精确连接模式。这些研究还表明，一旦感官剥夺被逆转，这种广泛被中断的环路，就可以自身重新组织，并恢复其原有的精度。

然而，在目前的研究中，Belluscio博士的实验室发现，一旦鼻子是畅通无阻的，如果新的神经元被阻止形成和进入嗅球，那么环路就仍然处于混乱之中。Belluscio博士称：“我们发现，如果没有引入新的神经元，那么系统就无法从破坏的状态中恢复。”

为了进一步探讨这一理念，他的研究小组在没有经历感官剥夺的小鼠中，消除了成年后生成的神经元的形成。他们发现，嗅球组织开始打破，类似于被阻止接受鼻子感觉信息的动物中所看到的模式。他们观察到，干细胞损失的程度和环路中断数量之间存在关联，表明干细胞的更多损伤，可导致嗅球中更大程度的混乱。

根据Belluscio博士介绍，人们普遍认为，成人大脑中的环路是相当稳定的，引入新的神经元会改变现有的环路，从而使其重新组织。他说：“然而，在这种情况下，环路似乎是天生不稳定的，需要经常供应新神经元，不仅是为了在中断后恢复其组织，也是为了保持或稳定其成熟结构。尽管这种嗅球环路中细胞的不断更换，但在正常情况下它的组织并没有改变，这真的相当惊人。”

Belluscio及其同事推测，嗅球中的新神经元，可能对于保持或调节系统中的活性依赖变化很重要，这可以帮助动物适应不断变化的环境。

Cameron博士称：“我们非常兴奋地发现，新神经元可影响嗅球中神经元之间的精确联系。因为整个大脑中的新神经元有许多共同的特点，很可能其他区域（如海马体，参与记忆）中的神经发生，也产生类似的连通性变化。”

神经系统疾病和嗅觉系统变化之间关系的根本基础还是未知的，但是可能来源于我们对嗅觉如何起作用的更好理解。Belluscio博士说：“这是一个令人兴奋的科学领域。我认为，嗅觉系统对神经活动变化非常的敏感，鉴于它与其他脑区的联系，我们应该深入了解嗅觉丧失和许多脑部疾病之间的关系。”

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