如何在大腦中產生新的神經元

2023-03-09 11:40

成人大腦的某些區域含有休眠的神經干細胞，這些干細胞可以被重新激活以形成新的神經元。然而，我們對于神經干細胞從休眠到活躍的轉變仍然知之甚少。

日內瓦大學

2023年3月1日消息

由日內瓦大學（University of Geneva，UNIGE）和洛桑大學（University of Lausanne，UNIL）的科學家領導的一個團隊發現了細胞代謝在這一過程中的重要性，并確定了如何喚醒這些神經干細胞并重新激活它們。生物學家成功地增加了成年甚至老年小鼠大腦中新生神經元的數量。這些對神經退行性疾病的治療有希望的研究結果發表在《科學進展》（Science Advances）雜志上。

研究于2023年3月1日發表在《Science Advances》（最新影響因子：14．957）雜志上

干細胞具有獨特的能力，能夠不斷地自我復制并分化出具有更特殊功能的分化細胞。神經干細胞（NSCs）在胚胎發育期間負責構建大腦，產生包括神經元在內的所有中樞神經系統細胞。

神經發生能力隨年齡增長而下降

令人驚訝的是，神經干細胞即使在大腦完全形成后仍然存在于特定的大腦區域，并可以在一生中產生新的神經元。這種生物學現象被稱為成人神經發生（Adult Neurogenesis），對學習和記憶過程等特定功能很重要。然而，在成人的大腦中，這些干細胞變得更加沉默或“休眠”，降低了它們的更新和分化能力。因此，神經發生隨著年齡的增長而顯著減少。UNIGE 科學系分子和細胞生物系名譽教授 Jean－Claude Martinou 和 UNIL 生物學和醫學系生物醫學科學系副教授 Marlen Knobloch 的實驗室發現了一種使成人神經干細胞從休眠狀態恢復活躍的代謝機制。

“我們發現線粒體，細胞內產生能量的細胞器，參與調節成人神經干細胞的活化水平，” Francesco Petrelli 解釋道，他是 UNIL 的研究員，與 Valentina Scandella 共同撰寫了這項研究。線粒體丙酮酸轉運體（MPC）是 11 年前由 Martinou 教授的團隊發現的一種蛋白質復合物，MPC 在這種調節中起著特殊的作用。它的活性影響細胞可以使用的代謝選項。通過了解區分活躍細胞和休眠細胞的代謝通路，科學家可以通過改變休眠細胞的線粒體代謝來喚醒休眠細胞。

齒狀回中新產生的神經元（紅色）與細胞核（藍色）和未成熟神經元的標記

新的視角

生物學家通過使用化學抑制劑或產生 Mpc1 基因突變小鼠來阻斷 MPC 活性。利用這些藥理學和遺傳學方法，科學家們能夠激活休眠的神經干細胞，從而在成年甚至老年小鼠的大腦中生成新的神經元。“我們通過這項研究表明，代謝通路的重定向可以直接影響成人神經干細胞的活躍狀態，從而產生更多的新神經元，” Knobloch 教授說，她是這項研究的共同主要作者。

“這些結果揭示了細胞代謝在神經發生調節中的作用。從長遠來看，這些結果可能會為抑郁癥或神經退行性疾病等疾病帶來潛在的治療方法，”該研究的合著者 Jean－Claude Martinou 總結道。

創立于1559年的瑞士日內瓦大學

創立于1537年的瑞士洛桑大學

參考文獻

Source：University of Geneva

How to generate new neurons in the brain

Reference：

Francesco Petrelli， Valentina Scandella， Sylvie Montessuit， Nicola Zamboni， Jean－Claude Martinou， Marlen Knobloch． Mitochondrial pyruvate metabolism regulates the activation of quiescent adult neural stem cells． Science Advances， 2023； 9 （9） DOI： 10．1126／sciadv．add5220

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