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        腦細(xì)胞真的死一個(gè)少一個(gè)?

        2018-10-22 07:33:18
        奧秘(創(chuàng)新大賽) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:海馬研究

        對(duì)于大腦神經(jīng)元是否會(huì)再生的問(wèn)題,人們的認(rèn)識(shí)在過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)里幾經(jīng)逆轉(zhuǎn)。整個(gè)20世紀(jì),主流觀點(diǎn)都認(rèn)為神經(jīng)元在人出生以后是無(wú)法再生的,即無(wú)法制造新的腦細(xì)胞出來(lái)。但是近20年來(lái),越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)表明,動(dòng)物和人類大腦的神經(jīng)元可以再生,而且也許可以不受年齡限制,一直再生。

        而最近的兩項(xiàng)新研究對(duì)這個(gè)問(wèn)題的看法則互相矛盾:先是《自然》期刊的一項(xiàng)研究稱新生的神經(jīng)元在成年人中極其罕見(jiàn),甚至根本不存在;幾乎同時(shí),《細(xì)胞·干細(xì)胞》的一項(xiàng)研究卻稱,新生的神經(jīng)元在從青少年到老年的整個(gè)成年階段都存在。誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)?

        “今天,又死了多少腦細(xì)胞!”抱怨腦細(xì)胞都死掉的你,有想過(guò)大腦同意你的說(shuō)法嗎?大腦里的腦細(xì)胞究竟可不可以再生?

        小鼠的腦細(xì)胞也許可以再生

        最早開(kāi)始研究大腦時(shí),人們發(fā)現(xiàn),在顯微鏡下是看不到成年人大腦中處于分裂相的神經(jīng)元細(xì)胞的,因此很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)人們都以為神經(jīng)元不會(huì)新生。

        然而,近二三十年出現(xiàn)了一些新的實(shí)驗(yàn)技術(shù),可以應(yīng)用放射性元素和核苷酸類似物標(biāo)記處于分裂相的細(xì)胞,人們由此在許多成年動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了新生神經(jīng)元的證據(jù),而且這些新生的神經(jīng)元似乎主要局限在海馬。

        海馬是大腦顳葉內(nèi)的一個(gè)部位,主要職責(zé)是學(xué)習(xí)和記憶,對(duì)調(diào)節(jié)情感也有重要作用。研究發(fā)現(xiàn),成年小鼠的海馬有相當(dāng)數(shù)量的神經(jīng)元母細(xì)胞,雖然它們一般情況下什么也不做,但是具有分裂能力。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,這些神經(jīng)元母細(xì)胞可以分裂成子細(xì)胞,而子細(xì)胞又可以分化成神經(jīng)元。這樣,大腦就可以不斷產(chǎn)生新的神經(jīng)元。

        這一發(fā)現(xiàn)讓學(xué)界非常興奮,因?yàn)槿绻qR神經(jīng)元可以再生,那意味著許多和海馬衰減相關(guān)的疾病都有可能被治愈,比如阿爾茨海默病和抑郁癥。如果成年人的海馬中有新生神經(jīng)元,那么對(duì)阿爾茨海默病就多了很多潛在的治療手段。

        隨后,成人大腦存在新生神經(jīng)元的證據(jù)也開(kāi)始得到報(bào)道。

        首先是美國(guó)和瑞典兩國(guó)的科學(xué)家在1998年用核苷酸類似物標(biāo)記的方法,在成人的海馬中發(fā)現(xiàn)了幼稚神經(jīng)元;隨后,瑞典研究者在2006年用碳14追蹤的方法計(jì)算出成人的海馬每天可以產(chǎn)生700個(gè)神經(jīng)元;2010年,德國(guó)科學(xué)家也用抗體標(biāo)記的方法發(fā)現(xiàn)了成人海馬中的新生神經(jīng)元。

        這樣,成年人大腦可以產(chǎn)生新生神經(jīng)元的說(shuō)法逐漸得到了科學(xué)界的認(rèn)可,甚至被寫進(jìn)了教科書。然而,仍有很多研究者對(duì)這一說(shuō)法持懷疑態(tài)度,他們認(rèn)為,目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要來(lái)自于嚙齒類動(dòng)物,人類的實(shí)驗(yàn)還不足以得出定論。

        兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方法一樣,結(jié)果卻相反?

        《自然》和《細(xì)胞·干細(xì)胞》發(fā)表的兩項(xiàng)關(guān)于新生神經(jīng)元的研究,分別來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校的索雷爾斯團(tuán)隊(duì)和美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的博爾德里尼團(tuán)隊(duì),兩項(xiàng)研究都采用了人的尸體大腦標(biāo)本做為研究對(duì)象,并對(duì)不同成熟階段的神經(jīng)元進(jìn)行免疫熒光染色。

        簡(jiǎn)單說(shuō),這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法是利用抗原和抗體會(huì)結(jié)合的原理,給已知的抗原或抗體標(biāo)記熒光素,再用它們?nèi)?biāo)記細(xì)胞上相應(yīng)的抗體或抗原,然后通過(guò)熒光顯微鏡觀察,發(fā)現(xiàn)目標(biāo)細(xì)胞。兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)都采用了雙皮質(zhì)素(DCX)和多聚唾液酸-神經(jīng)元黏附分子來(lái)標(biāo)記幼稚神經(jīng)元。

        索雷爾斯團(tuán)隊(duì)研究了59個(gè)生前健康個(gè)體的尸體大腦標(biāo)本,年齡跨度較大,有孕14周的胎兒,也有77歲的老年人。研究者在胎兒和嬰兒的大腦中發(fā)現(xiàn)了大量的神經(jīng)元母細(xì)胞和新生的神經(jīng)元,然而這些細(xì)胞的數(shù)量從一歲之后開(kāi)始急劇減少,能觀察到神經(jīng)發(fā)生的最大個(gè)體是13歲,在所有成年個(gè)體的腦標(biāo)本中沒(méi)有一例觀察到新生的神經(jīng)元。

        博爾德里尼團(tuán)隊(duì)的研究樣本是28個(gè)生前健康個(gè)體的尸體大腦標(biāo)本,年齡在14歲到79歲之間。他們發(fā)現(xiàn),隨著年齡的增長(zhǎng),海馬里神經(jīng)元母細(xì)胞的數(shù)量是越來(lái)越少的,然而這些母細(xì)胞分化成的神經(jīng)元卻沒(méi)有隨年齡減少。研究樣本中,即使是老年人,死亡時(shí)海馬仍然有數(shù)以千計(jì)的新生神經(jīng)元。不過(guò),這些新生神經(jīng)元建立的神經(jīng)連接數(shù)量比原有的神經(jīng)元少很多,因此研究者推斷,它們的功能可能有所欠缺。

        為什么兩個(gè)研究使用了類似的方法,卻得出了截然相反的結(jié)果呢?是索雷爾斯團(tuán)隊(duì)看得不仔細(xì),還是博爾德里尼的研究算錯(cuò)了結(jié)果?

        答案是,都有可能。很遺憾,由于研究手段本身的局限,暫時(shí)還無(wú)法確定哪項(xiàng)研究的結(jié)果更接近真相。

        真相只能等待進(jìn)一步研究

        由于兩項(xiàng)研究都采用了免疫熒光標(biāo)記的方法,這些免疫標(biāo)記物的穩(wěn)定性和標(biāo)本的處理方法就格外重要。

        之前的研究發(fā)現(xiàn),DCX的表達(dá)并不是恒定的。比如,蝙蝠在被捕捉30分鐘之后,DCX的表達(dá)會(huì)消失,這可能與應(yīng)激有關(guān)。索雷爾斯團(tuán)隊(duì)的研究中,處理腦標(biāo)本的時(shí)間窗是個(gè)體死亡后的48小時(shí)之內(nèi),而博爾德里尼團(tuán)隊(duì)的時(shí)間窗是26小時(shí)。處理時(shí)間窗過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致DCX消減,有可能是索雷爾斯團(tuán)隊(duì)沒(méi)找到新生神經(jīng)元的原因。

        另一方面,這些免疫標(biāo)記物也有可能會(huì)標(biāo)記神經(jīng)元母細(xì)胞以外的其他細(xì)胞,比如,有些研究者認(rèn)為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞也可以表達(dá)DCX。這樣,博爾德里尼團(tuán)隊(duì)標(biāo)記的就有可能根本不是幼稚的神經(jīng)元。

        不過(guò),比較兩項(xiàng)研究,索雷爾斯團(tuán)隊(duì)有一大優(yōu)勢(shì):他們研究了神經(jīng)發(fā)生最活躍的胎兒、嬰兒和兒童大腦標(biāo)本,為成年大腦標(biāo)本提供了基線的對(duì)比。

        在發(fā)現(xiàn)成年人大腦可能存在新生神經(jīng)元的過(guò)去20年里,已經(jīng)有很多科學(xué)家迫不及待地把這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到疾病治療中,有些研究希望通過(guò)有氧訓(xùn)練或者認(rèn)知訓(xùn)練刺激神經(jīng)元的新生來(lái)預(yù)防阿爾茨海默病,有些研究希望通過(guò)藥物來(lái)刺激神經(jīng)元生成從而改善抑郁癥狀,還有一些研究希望通過(guò)新生神經(jīng)元修補(bǔ)神經(jīng)損傷。

        在人類中研究神經(jīng)元新生還存在一些方法學(xué)上的挑戰(zhàn),畢竟很多可以用于小鼠的操作不可能在人身上進(jìn)行。此外,即使成年人的大腦可以產(chǎn)生新的神經(jīng)元,其行使的具體功能也還需要進(jìn)一步研究。希望更多新的神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的突破,能讓科學(xué)家早日解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。

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