成人再生脑细胞是否有生理功能?

【字体: 时间:2002年03月03日 来源:

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  -Salk研究院科研人员首先发现,成人大脑发育成熟之后再生神经细胞具有神经元的类似功能。

2002-2-28

该项研究有可靠证据证明,再生细胞可与现存神经元细胞整合,共同为大脑组织提供源源不断的活力细胞。这种可替换衰老细胞的再生神经元,有望用于脑组织重建研究,促进个体对新事件和经历的学习和适应过程。

对此,该论文资深作者之一Fred Gage教授讲到,“这是首家关于成人脑组织再生神经细胞具有功能的研究报道。”该文章发表于2002年2月28日Nature杂志。

1998年11月Gage教授首先发现,在整个生命延续过程中,成人甚至老年人脑组织均可产生新一代脑细胞(称作神经再生)。该项研究具有划时代意义,它打破了由来已久的陈旧观点-人类出生以后神经元数目不会增加,而呈持续性减少状态。

随后,Gage及其同事研究揭示,人类再生脑细胞数目随个体行为情况和外界环境因素刺激而发生变化。比如,Gage科研小组已证明,与对照组相比不断处于运动状态的小鼠,其脑内有关学习和记忆关键部位-海马处的脑细胞数目较多。

尽管科研人员已取得不少研究成果,但有关再生脑细胞工作原理和生长发育具体机制尚不明了,是否与神经元细胞或其它神经细胞类似还有待进一步研究确定。目前通过新型技术对活性脑细胞进行电活动检测研究,有望解决该项难题。

迄今为止,关于神经再生学所有研究大多依赖于“特定标志物”方法,也就是抽提出标志物,然后将其整合入分裂期细胞DNA。待未成熟细胞生长一段时间以后,借助于“特定标志物”即可观察细胞初步形态。数月之后,研究人员就能看到这些细胞是否生长发育为神经元或其它神经组织。

不过,该技术并不能检测细胞生理功能,也不能提供一幅关于细胞如何发育、最终形态如何的精确演变图像。有研究人员推测,这些再生脑细胞中不能发育为正常神经细胞者,将很快死亡。

为解决上述难题,Gage及其研究小组成员开始新型技术的研究发明,以便将其运用于今后大量电活动检测实验中,观察成熟脑细胞活动情况。现在,研究人员已将注意力集中于可整合入分裂期细胞的逆转录病毒,不过众所周知,这些有机体在细胞分裂期也将失去活性。为此,Gage科研小组决定采用另一种在细胞分裂中始终处于活性状态的逆转录病毒以解决该难题,将称作绿色荧光蛋白或GFP的物质整合入该病毒,然后注入实验动物。

但首先遇到的一个难题就是-没有足够“转染”脑细胞以满足实验要求。

“要知道,我们需要许多分裂期细胞。”该论文主要作者之一兼Gage实验室资深研究员Henriette van Praag讲到。据悉,该研究科研经费由美国国立卫生研究院(the National Institutes of Health),Christopher Reeve Paralysis Foundation和Lookout基金会共同提供。

“所以,我们考虑采用旋转实验。运用旋转动物实验,就像以往实验中所得,可大大增加“转染”细胞数目。实际上,实验结果正如我们所料。将逆转录病毒注入实验动物以后,我们即观察到越来越多的神经细胞。”

实验四周之后,研究人员在荧光显微镜下观察发现,摄取绿色荧光蛋白的再生脑细胞正是富有较强活力的年轻神经元细胞,该神经元含有可传递电活动信号的长轴突,及接受外界环境刺激信号的树突结构。

其后,科研人员运用一种称作膜片钳的实验装置(可以调控神经细胞的生物电活动)观察再生细胞生理功能。该研究合作者Alexandro F. Schinder 和Brian R. Christie负责的电生理实验研究表明,再生神经细胞与原有神经元细胞非常相似,均可接受电刺激信号。

“一月龄细胞,除衡量细胞生理活动量的电容这项参数以外,其它所有电生理实验参数均与未标记细胞一致。这充分表明,一月龄细胞生理活动容量相对较小。尽管实验所用病毒使用期限小于4个月,但我们已找到一种4月龄实验动物进行后续研究。” Gage讲到。

令研究人员费解的是,研究人员发现借助于显微镜下观察到的老龄动物所含病毒,与年轻组实验相比,其神经元更大更成熟,而且具有成熟神经元类似的复杂树突结构。

“其中真正令人兴奋的实验结果是我们发现一月龄和四月龄神经细胞、中枢神经系统动力特性的差异所在。” Gage讲到。

Gage科研小组下一步计划是研究这些再生神经员细胞的生理功能。

“其中一种可能是再生神经元可替换衰老神经元细胞。另一种可能即是这些神经元能增加成熟脑组织的可塑性程度。可塑性明显增强意味着经验刺激下,再生功能单位的整合即连接性加强。”他解释到。

另外,Nicolas Toni 和 Theo D. Palmer也参加了该项研究。

位于加州(Calif.)La Jolla的Salk生物学研究院是一家致力于生命科学领域基础研究的非盈利性研究机构,其立足点是提高人类卫生保健水平,为新一代科研人员提供培训服务。该机构创立于1960年,创始人Jonas Salk博士选择圣地亚哥(San Diego)作为研究院所在地,并从the March of Dimes Birth Defects Foundation获得财政支持。(基因潮)
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