神经科学领域的一个巨大争论,再起波澜
2019-03-28 21:53

神经科学领域的一个巨大争论,再起波澜

本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:糖兽


在神经科学领域,一个巨大的争论焦点便是,人类大脑中的神经元是否能在一生之中不断更新?还是在大脑停止发育之后(也就是青少年时期之后),就不会再通过一个名为神经发生的过程产生新的神经元了?


这一问题之所以会引发争论,部分原因是因为保存完好的大脑组织样本其实非常少,而识别不成熟的神经元技术也各有不同。


去年3月,神经科学家Arturo Alvarez-Buylla与Shawn Sorrells等人在一项研究中发现,在与学习和记忆有关的海马区中,新生神经元数量会在出生之后就开始减少,这种新生的神经元数量几乎会在成年时期降至为零。研究结果被发表在《自然》期刊上,对于这样的结果,许多神经科学家表示无法完全信服。


人类大脑的海马区是一个对学习能力和记忆力都至关重要的区域,科学家一直致力于在该区域中寻找新神经元会否在整个生命周期中持续出现的证据。图中显示的是海马区中的神经细胞(红色)。(图片来源:Thomas Deerinck, NCMIR/SPL)


现在,一项新的研究表明,即使早已人过中年,大脑中也能制造出新的脑细胞。而过去的一些研究之所以没能发现新的细胞,可能是由于使用了有缺陷的实验方法造成的。    


对于最新的研究结果,加拿大多伦多病童医院的神经学家Paul Frankland说,这项研究提供了“清晰、明确的证据,表明神经发生会贯穿人的一生。”


长期以来,研究人员一直希望神经发生能够帮助治疗抑郁症和阿尔茨海默症等脑部疾病。但根据一年前的那篇刊登在《自然》期刊上的报告,这一过程会在青春期之前就开始消失。这样的发现让许多神经科学家都感到沮丧。例如,Frankland研究的是啮齿类动物海马区的成年神经发生,这样的结果让Frankland对与自己工作的产生了质疑。


神经科学家 Maria Llorens-Martín(图片来源:Research Gate)


最新的研究是由塞韦罗·奥乔亚分子生物学中心的神经学家Maria Llorens-Martín与她的同事共同完成的。Llorens-Martín认为,过去的一些研究可能在方法上存在问题。以去年那项发表在《自然》期刊上的研究为例,在Sorrells等人采用的59个用来寻找新的神经元的人类脑组织样本中,有一部分样本来自脑库。这些样本通常会在多聚甲醛固定液中浸泡数月甚至数年。


时间一久,多聚甲醛就会在构成神经元的成分之间形成键,把细胞变成凝胶。这会使得荧光抗体很难与双皮质素(DCX)结合,而DCX是被许多科学家视为未成熟神经元的“黄金”标记。Llorens-Martín等人发现,脑组织中DCX检测呈阳性的细胞数量会在浸泡于多聚甲醛中48小时之后急剧下降。因此,要想在浸泡了6个月后的大脑组织中发现新的神经元,自然就几乎不可能了。


于是,在新的实验中,他们使用的是13个固定时间更短(24小时)的脑组织样本,样本捐献者的年龄在43岁到87岁之间。这一次,他们在海马区的齿状回中发现了数万个DCX阳性细胞。齿状回是海马体内的一段卷曲组织,它负责对事件的记忆进行编码。在显微镜下,Llorens-Martín和她的同事们发现了这些具有年轻特征的神经元,它们光滑而丰满,具有简单且未发育的分支。


在最年轻的捐献者(43岁去世)样本中,研究小组发现每平方毫米的脑组织中约有4.2万个这样的未成熟神经元。从最年轻的捐献者到最年长的捐献者,新生神经元的数量明显减少30%。研究小组还发现,与同龄的健康捐赠者相比,患有阿尔茨海默症的捐赠者的未成熟神经元数量要少30%,而且病情越是严重,未成熟的神经元数量就越少。他们将这一结果发表在了《自然医学》期刊上。


68岁老人脑组织的年轻神经元(红色)。(图片来源:LLORENSLAB)


对于新的研究结果,仍一些科学家持怀疑态度,其中一种批评的声音是针对DCX的染色。去年那篇论文的作者Sorrells同样对这点颇有微词,他解释称,DCX染色并不是测量年轻神经元的合适标准,因为成熟细胞中也存在DCX蛋白的表达。因此,这可能意味着Llorens-Martín等人发现的“新”的神经元实际上从儿童时期就已存在的神经元。他还指出,新的研究也没有发现干细胞池可以提供新的神经元的证据。更重要的是,Sorrells表示,在去年的那项研究中,有两个大脑样本只在多聚甲醛中固定了5个小时,但他们仍然没有在海马区中找到年轻神经元的证据。


对此,Llorens-Martín的回应是,为了确认DCX阳性细胞确实是源自于年轻的神经元,她的研究团队使用了与神经元发育相关的多种其他蛋白质,而且他们用于识别年轻神经元的标准“十分严苛”。


当然,这一研究结果正有待其他科研团队的检查与复现,但它已经收获到了一些神经科学家的支持。例如,美国家心理卫生研究所的神经学家Heather Cameron就表示她相信新的研究结果,虽然争论或许并不会因此而平息,但我们是时候自信地将这个问题盖棺定论并向前迈进了。更令人期待的是,新的研究结果或许为我们提供了一种新的可能,即阻止或逆转新的神经元的生长减少,就能减缓阿尔茨海默症的发展。


参考来源:

https://www.sciencemag.org/news/2019/03/new-neurons-life-old-people-can-still-make-fresh-brain-cells-study-finds

https://www.nature.com/articles/nature25975

https://www.nature.com/articles/s41591-019-0375-9


本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:糖兽

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