Science解開(kāi)懸而未決的神經(jīng)學(xué)謎題

日期：2016-01-26 09:12:58

髓鞘是包裹在神經(jīng)細(xì)胞軸突外面的一層膜，起作用是起絕緣作用，防止神經(jīng)電沖動(dòng)從神經(jīng)元軸突傳遞至另一神經(jīng)元軸突。根據(jù)美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的一項(xiàng)最新研究表明，形成髓鞘的細(xì)胞，可通過(guò)在血管上攀爬和擺動(dòng)，遷移到發(fā)育的大腦中。研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種機(jī)制，當(dāng)這些不成熟的細(xì)胞——稱為少突膠質(zhì)前體細(xì)胞，離開(kāi)血管并分化為成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞時(shí)，可將自己包裹在神經(jīng)纖維周圍，加快神經(jīng)傳導(dǎo)速度。

研究人員在1月21日的《Science》雜志上描述了這種新的發(fā)育機(jī)制，該結(jié)果可以幫助研究人員了解高度有髓鞘的人腦的發(fā)育，也能加速髓鞘疾病的治療，如多發(fā)性硬化癥。

本文第一作者、UCSF醫(yī)學(xué)院兒科和神經(jīng)學(xué)助理教授Stephen Fancy博士指出：“相對(duì)于我們的大腦尺寸，人類有相當(dāng)數(shù)量的有髓神經(jīng)纖維。這讓我們得以成為人類，但是這些細(xì)胞如何遷移到大腦中，幾十年來(lái)一直是這一領(lǐng)域中懸而未決的問(wèn)題。這是個(gè)狹小局促的空間，它們依靠什么四處走動(dòng)，一直都是非常難以捉摸的。”

當(dāng)Fancy和他的團(tuán)隊(duì)在研究少突膠質(zhì)前體細(xì)胞（OPCs）如何分化為其成熟形式的時(shí)候，偶然發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題的答案。以前的研究表明，Wnt信號(hào)通路可抑制這種轉(zhuǎn)化，直到細(xì)胞在正確的位置形成髓鞘，但是該研究團(tuán)隊(duì)注意到，當(dāng)他們鎖定小鼠中高水平的Wnt信號(hào)時(shí)，前體細(xì)胞在遷移方面出現(xiàn)問(wèn)題，似乎變得粘住血管。

Fancy說(shuō)：“它們只是聚集在血管上，就像葡萄串一樣，而這真正引起了我們的興趣。它突然提示我們，前體細(xì)胞一直都在使用血管四處走動(dòng)，而我們將它們堵在那里，防止它們脫落。”

為了證實(shí)他們的假設(shè)，研究小組在發(fā)育的小鼠大腦中，對(duì)遷移的OPCs進(jìn)行了活體目標(biāo)成像，并觀察到，細(xì)胞沿著血管爬行，并伸出臂狀的延長(zhǎng)部分，從一條血管跳到另一條。研究人員發(fā)現(xiàn)，同樣的過(guò)程似乎也發(fā)生在人類的大腦中，基于UCSF兒科神經(jīng)病理學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室的腦組織分析，OPCs在血管上攀爬和擺動(dòng)的時(shí)候被捕獲。

Fancy說(shuō)：“這些細(xì)胞似乎是使用血管作為一個(gè)攀爬架，這可能有助于解釋它們?yōu)楹文茉诎l(fā)育過(guò)程中非常快速地遷移到皮質(zhì)中。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠的大腦無(wú)法構(gòu)建血管時(shí)，前體細(xì)胞的遷移就嘎然而止。他們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Wnt信號(hào)通路被阻斷時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致前體細(xì)胞從大腦中的血管系統(tǒng)上脫落，這似乎表明，在遷移過(guò)程中Wnt信號(hào)通常使細(xì)胞與血管相聯(lián)系。

Fancy說(shuō)：“似乎Wnt信號(hào)通路起著一種雙重作用——協(xié)調(diào)遷移和分化的時(shí)機(jī)。首先，當(dāng)這些細(xì)胞沿著血管遷移時(shí)，Wnt信號(hào)通路將它們保持在不成熟的形式中，然后，當(dāng)它們到達(dá)目的地時(shí)，它就自我關(guān)閉，讓這些細(xì)胞從攀爬架中脫落，并開(kāi)始成熟。”

幫助大腦對(duì)抗多發(fā)性硬化

Fancy渴望使用這些新的見(jiàn)解，來(lái)了解如何改善多發(fā)性硬化癥和其他疾病患者的病癥。

當(dāng)免疫系統(tǒng)攻擊并殺死形成髓鞘的少突膠質(zhì)細(xì)胞時(shí)，就會(huì)發(fā)生多發(fā)性硬化癥，從而阻礙神經(jīng)傳導(dǎo)，并引起各種癥狀，包括視力下降、肢體麻木、肌肉無(wú)力和痙攣，情緒波動(dòng)和認(rèn)知能力的下降。患者經(jīng)常會(huì)經(jīng)歷一個(gè)“復(fù)發(fā)和恢復(fù)”的周期，因?yàn)榇竽X試圖通過(guò)在免疫系統(tǒng)損壞髓鞘之后盡可能快地更換受損髓鞘，來(lái)修復(fù)自身。

Fancy推測(cè)，了解如何幫助少突膠質(zhì)細(xì)胞遷移到髓鞘損傷部位，將可能顯著減少多發(fā)性硬化癥患者的復(fù)發(fā)嚴(yán)重程度。他說(shuō)：“目前，有一些藥物能幫助減少MS最初的髓鞘脫失，但目前還沒(méi)有治療方法可幫助髓鞘再生。通過(guò)獲得關(guān)于大腦發(fā)育的研究結(jié)果，我們也堅(jiān)持去了解很多關(guān)于疾病的情況。”

多發(fā)性硬化癥（MS）這種中樞神經(jīng)最常見(jiàn)的退髓鞘病變，近年來(lái)科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了大量研究，并取得了很大進(jìn)展。2014年5月，在Cell期刊旗下《Stem Cell Reports》雜志發(fā)表的一項(xiàng)研究中，因?yàn)?span lang="EN-US">MS而嚴(yán)重殘疾的小鼠，在經(jīng)過(guò)人類神經(jīng)干細(xì)胞治療后不到兩個(gè)星期，就恢復(fù)了行走能力（干細(xì)胞療法可恢復(fù)多發(fā)性硬化癥小鼠機(jī)能）。此后的7月份，美國(guó)紐約干細(xì)胞基金會(huì)研究所的科學(xué)家，首次產(chǎn)生了來(lái)自于原發(fā)性進(jìn)展型多發(fā)性硬化癥患者皮膚樣本的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS），接下來(lái)他們開(kāi)發(fā)了一種加速程序，誘導(dǎo)這些干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成少突膠質(zhì)細(xì)胞——中樞神經(jīng)系統(tǒng)的髓鞘形成細(xì)胞，參與多發(fā)性硬化癥和其他疾病（細(xì)胞療法或可治療多發(fā)性硬化癥）。更令人驚訝的是，在2014年8月，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，艾滋病病毒感染可降低多發(fā)性硬化癥的風(fēng)險(xiǎn)。他們發(fā)現(xiàn)，從數(shù)學(xué)方面來(lái)講，HIV感染患者比一般人群更少可能患多發(fā)性硬化癥，從而留給我們?cè)S多有待于探究的問(wèn)題。