未成熟神经元的分子特征为大脑可塑性提供新的见解
研究员领导的研究小组在宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的利用先进的技术来显示,在一个叫做海马的关键大脑的内存区域,不成熟,塑料神经元存在于整个人类寿命相当数量。这一发现,这个月发表在自然,希望能解决长期存在的争议“成年神经发生”——生产新的未成熟神经元的成熟的人类大脑。这一发现也为成年神经发生的更深层次的研究铺平了道路,这两个角色在内存中,情绪,行为,和大脑疾病。
“许多哺乳动物产生新的神经元在他们的大脑在整个寿命发挥重要作用在大脑的可塑性,或随着时间的推移改变和适应能力。这种自我修复的能力尤其重要,当大脑受损,这是发生在一次中风或脑损伤,”资深作者说Hongjun歌,博士佩雷尔曼宾夕法尼亚大学神经科学教授。“这可塑性对了解阿尔茨海默氏症等疾病也很重要,影响病人的记忆,在其他功能。”
成年神经发生在人类的存在已经争论了几十年。近一个世纪以来,神经学家认为,哺乳动物大脑成熟后,没有产生新的神经元——现有不得不最后在成年。最终,研究开始提供新产生的证据,不成熟的成年人的大脑中的神经元,在老鼠中,人类和其他哺乳动物,特别是在嗅觉(气味)地区,海马体。不成熟的海马神经元,继续被特别感兴趣,因为这个大脑区域中扮演主要的角色学习,记忆和情绪调节,减少老年痴呆症患者的大脑疾病。
然而,在过去的几年里,其他的研究也没有发现显著的成人海马神经发生在人类的证据。神经科学家已经难以解决的争论,因为他们没有一个简单的,敏感的,和具体的方法,识别新产生的、不成熟的神经元在成人大脑组织的样本。
宋、明和他们的团队的帮助下克服了这一挑战两个强大的和相对的新工具。首先是single-nucleus RNA序列,记录基本上所有在任何单个细胞基因活性。第二个是机器学习、人工智能的一个类型,在这种情况下,研究人员使用筛选巨大的基因活动—老鼠和人类学习成熟和不成熟的海马神经元之间的细微差别。
使用这些方法,研究人员证实的存在不成熟的海马神经元,主要类型的颗粒细胞,在广泛的人类大脑样本从婴儿期到92岁。不成熟的颗粒细胞代表通常至少几个百分点的颗粒细胞的人口,即使在老年人的大脑。研究人员没有发现大量的未成熟神经元在其他地区成年人的大脑。
基因活性的分析揭示了一个广泛的模式不成熟的颗粒细胞的特点,展示了模式变化在正常老化,人类和老鼠之间的不同,是阿尔茨海默病改变。与之前的研究一致,研究人员发现,未成熟的颗粒细胞的比例在所有颗粒细胞在阿尔茨海默病大脑,大大减少了一半以上的同龄non-Alzheimer的大脑。
进一步暗示的力量,这种类型的分析探索疾病的起源,研究人员观察了表达式,在未成熟的颗粒细胞的寿命,已知的风险基因对大脑紊乱包括阿尔茨海默氏症和自闭症谱系障碍。他们发现,这些风险的几个基因开始表达在未成熟的颗粒细胞年龄相关疾病时出现。
海马祖细胞的研究包括识别来自神经干细胞,反过来,生出新的颗粒细胞。这些实验表明,祖细胞相对稀缺,但作为新的颗粒细胞的稳定来源,慢慢地成熟,时间跨度一年或更多。
“在未来,我们希望这种类型的研究有助于进一步了解脑部疾病的原因如精神疾病和阿尔茨海默氏症,可通知治疗这些疾病的可能性,”资深作者说郭丽明,医学博士佩雷尔曼的神经科学教授。
参考:苏周Y, Y,李年代,et al。分子风景人类海马未成熟神经元的寿命。自然。2022:1-7。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 04912 - w
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