Science:随着我们衰老,大脑中的突变逐渐积累

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365必发vipcom ,研究发现运动神经元主内主外分工机制阿肯色大学(University of Arkansas)一份研究发现,大脑运动皮层的神经元有着明显的“主内和主外”之分。这一发现有助于了解神经系统紊乱疾病如雷特综合症(Rett Syndrome,也称泛自闭症)的成因。

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科学家们想要知道体细胞突变是否在衰老和大脑变性中发挥着作用,但是直到最近还没有好的技术来测试这种想法。在一项新的研究中,来自美国波士顿儿童医院和哈佛医学院的研究人员对单个神经元进行全基因组测序,发现随着我们的年龄增加大脑中的突变逐渐积累的有力证据。他们也发现在患上遗传性早老性疾病的人中,突变积累的速度更快。相关研究结果于2017年12月7日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Aging and neurodegeneration are associated with increased mutations in single human neurons”。论文第一作者为Michael A. Lodato、Rachel E. Rodin、Craig L. Bohrson、Michael E. Coulter、Alison R. Barton和Minseok Kwon。

阿肯色大学研究人员进行的一项研究表明,大脑运动皮层中的神经元表现出意想不到的分工,这一发现可以帮助科学家了解大脑如何控制身体并提供某些神经系统疾病的洞察力。

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成人的脑细胞是死一个少一个,还是有持续新生的能力?到目前为止,关于成年之后神经发生在灵长类的皮层和海马是否存在一直存在争议。半个世纪以来,不同的科学家使用不用的实验方法得出了不一样的结论,让寄希望于借助新生神经元预防和治疗神经系统疾病的人们一时欣喜一时失望。

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研究人员研究了大鼠运动皮层中的神经元,发现它们分为两组:外部聚焦神经元与身体的不同部位进行通信并控制它们,而内部聚焦的神经元只能相互通信并且不能相互交流。 t将信号发送到身体的其他部位。研究人员还发现,当它们增加对运动皮层神经元的抑制作用时,外部聚焦的神经元会转向内部聚焦。

研究者们对老鼠大脑运动皮层的神经元研究后发现,它们分成两组:“主外”的神经元负责大脑与身体不同区域的通信;“主内”的神经元只负责神经元之间的通信,不会向身体其它区域发送任何信号。这是出乎研究者意料的发现。

2018年一个由美国加州大学旧金山分校、西班牙瓦伦西亚大学、复旦大学和加州大学洛杉矶分校等组成的国际研究团队,先后在Nature、 Cell Stem Cell杂志发表文章显示,随着年龄的增加,成年人脑海马区域内的神经干细胞和新生神经元的数量急剧减少,应用现有的实验方法,几乎无法检测到。然而也有不少成果认为成年人体中存在神经再生。这一次,刚刚在线发表于《自然•医学》的一项研究带来了振奋人心的好消息!来自西班牙马德里自治大学的科学家们,采用“严格控制条件下获得的大脑样品和最先进的组织处理方法”,在健康成年人脑中的海马区观察到新的神经元产生,而且这种新生能力终生持续,至少可以更新到90岁!

图片来自MA Lodato et al., Science Dec. 7, 2017, doi:10.1101/221960。

抑制性信号传导的改变与许多脑部疾病有关,物理学副教授Woodrow Shew解释道。当我们增加运动皮层的抑制作用时,那些负责控制身体的神经元变得更加内向。这意味着从运动皮层发送到肌肉的信号可能被正常的杂乱内部信号破坏。不存在。

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海马区是大脑中与学习记忆有着密切关系的一个脑区,它的变化也与多种神经系统疾病有关。以最常见的神经退行性疾病阿兹海默病为例,患者的海马区会受到严重影响,海马齿状回部位的细胞形态发生明显改变。海马区也是科学家研究成体新生神经元时最为关注的区域。

论文共同通信作者、波士顿儿童医院遗传学与基因组学系主任Christopher A. Walsh博士说,“针对DNA突变是否能够在神经元中积累,以及随着我们变老,它们是否导致大脑经历的功能丧失,这是一个存在已久的问题。在此之前解答这个问题是不可能的,这是因为我们不能够对单个细胞的基因组进行测序,而且积累的每个突变对每个细胞都是独特的。”

Rett综合症是一种罕见但严重的神经系统疾病,是与抑制作用增加相关的脑疾病之一。Shew计划进一步研究这些研究结果对Rett综合征的影响。

​研究者们还发现,如果抑制运动皮层的神经元,那些主外的神经元就会自动承担主内,即内部通信的任务。

此次Maria Llorens-Martin博士领衔的研究团队首先检查了13名年龄在43岁——87岁的死者大脑。这些研究对象来自西班牙当地的脑库,经过科学家对其病例的仔细评估,确保死前没有患任何神经疾病或认知障碍,神经系统处于健康状态。

这些研究人员对从美国国家卫生研究院神经生物库的尸检样本中获得的162个神经元的DNA进行了测试。它们来自15名不同年龄的神经系统正常的人,9名患有两种加速衰老的早发性神经退行性疾病---科凯恩综合征和着色性干皮症(xeroderma pigmentosum)---之一的人。