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科学家揭示大脑突触删除新机制

日期:2020-02-06编辑作者:教育平台

ag电子游戏排行,GD视讯直播,GA电子游戏,记者 曾福泉 通讯员 周炜本报杭州4月12日讯 (记者 曾福泉 通讯员 周炜) 喜爱运动的人对三磷酸腺苷(ATP)都不会感到陌生,它是人体最直接的能量来源。浙江大学科学家一项最新研究表明,ATP在大脑突触的删除机制中扮演重要角色,从而为突触删除异常相关疾病的治疗提供了新的启发。突触是大脑中的一种关键结构,实现了神经元之间的信息传递。人在幼年时大脑中的突触数量会随着发育急剧增长,随后又减少并长期保持在相对稳定的水平——完成这一过程有赖于大脑中的突触删除机制。过去的科学研究已经发现,大脑中的胶质细胞能够清除突触。浙大医学院神经科学研究所研究员汪浩团队则进一步揭示:胶质细胞的工作原理是释放出ATP,它作为一种化学信号分子,激活了突触的删除机制。汪浩说,已有研究表明,胶质细胞在行使功能时,其细胞内的钙离子浓度会显著上升。这背后隐藏着的细节吸引了团队的兴趣。他们开始做小鼠实验:利用基因编辑的技术,将胶质细胞中对于钙离子浓度升高至关重要的一个受体敲除。随后他们又针对性地研究是否有物质能够补救胶质细胞功能的缺席。团队首先尝试了ATP这一生物体内重要的化合物,幸运的是,加入ATP后突触删除机制重新被激活了。团队抓住这一发现开展实验,证明胶质细胞会释放ATP,并且团队也找到了ATP作为化学信号所对应的受体——它们分布在神经元上,一旦被激活,就开始削弱直至清除突触。突触所传递的信息,与我们的行动、习惯、记忆、性格等密切相关。突触遵循“用进废退”的原则,一般来说经常被激活的突触会越来越强化,而长期闲置的突触则可能会消失。汪浩表示,大脑如何选择性地清除突触,是科学家正在研究的一个重要课题。突触从增长至高峰然后回落至稳定水平,是人类一个重要的发育现象。在这一阶段中出现的突触删除机制异常,被认为与自闭症、神经分裂等疾病有重要联系。汪浩认为,人类对突触删除机制的认识越明晰,就越有助于探索治疗这些疾病的方法。汪浩团队的研究成果发表在《eLife》杂志上。这份期刊由包括诺奖获得者在内的著名科学家担任编辑,为全球科学家提供了一个全新的成果发表平台。(2016-4-13)

手机反应慢,清理一下内存垃圾或许能提速。掌控着我们举手投足、喜怒哀乐的大脑,其也存在一种类似的清理机制,让大脑得以健康运转。4月12日,生命科学领域知名期刊《eLife》刊登了浙大医学院神经科学研究所汪浩研究员和段树民院士的合作研究( dx.doi.org/10.7554/eLife.15043):他们发现星形胶质细胞释放的ATP可以帮助识别不需要的神经突触,在大脑中按下“删除键”。一个健康的成年人大脑中约有860亿个神经元。我们思考,我们回忆,我们感到喜悦或悲伤,都是神经元和神经元之间放电的结果。神经元之间接触的结构称为神经突触。每个神经元会和别的神经元形成大约1000个突触,大脑的复杂程度可想而知。“大脑像个复杂而精致的花园。”汪浩研究员说:“花园里的园艺草木需要被修剪,大脑里冗余的突触也需要被删除。成人的大脑每天都会生成和删除大量突触,是一种常态化的生理机制。”据介绍,刚出生的婴孩大脑中的突触数量会随着发育不断增多,6岁时突触数量到达顶峰。此后,大脑又会通过突触删除,让这个数量降低并维持在一个比较稳定的水平。“神经突触是我们记忆存储的载体,突触的生成和删除也构成了我们大脑可塑性的基础。没有证据表示突触的数量与一个人的聪明程度有直接的关联,而突触过剩肯定不是一件好事。”汪浩说,目前科学界主流的观点认为,突触删除异常导致的大脑神经环路发育出现问题可能与自闭症和精神分裂症有关。关于突触删除,科学界聚焦的问题主要有两点,一是什么机制清除了不需要的突触?二是大脑怎么识别要被删掉的突触? 2008年和2013年,美国斯坦福大学的Ben Barres教授团队研究发现,大脑中的星形胶质细胞和小胶质细胞,可以像清道夫一样,通过吞噬和降解,删除不需要的神经突触。胶质细胞在大脑中大量存在。从前,人们对胶质细胞的认识仅限于为神经元提供营养,支持与保护,近年来的研究发现,胶质细胞除了有辅助功能,它们也积极的参与调控神经活动。有研究发现,星形胶质细胞内的钙离子浓度升高,对星形胶质细胞行使功能起到至关重要的作用。“我们着重研究了究竟怎么识别不需要的突触。”汪浩介绍,“我们用转基因小鼠敲除掉一个对星形胶质细胞内钙升高起关键作用的受体,使得小鼠大脑星形胶质细胞的内钙无法升高,那些原来应该被删除掉的突触很多都被保留了下来,没有被修剪掉。这样的小鼠的神经突触的数量,比正常小鼠要多出三分之一左右。”当在突触过剩的小鼠大脑里补充一种化学分子ATP(三磷酸腺苷)后,突触删除过程可以恢复,重新将应该被删除的冗余的突触修剪掉。进一步研究发现,ATP主要通过作用于一个表达在细胞表面的受体P2Y1起到促进突触删除的作用。(周炜)

目前科学界主流的观点认为,突触删除异常导致的大脑神经环路发育出现问题可能与自闭症和精神分裂症有关。当在突触过剩的小鼠大脑里补充一种化学分子ATP后,突触删除过程可以恢复。进一步研究发现,ATP主要通过作用于一个表达在细胞表面的受体起到促进突触删除的作用。

GD视讯直播 1上图:绿色标记的是神经元,红色标记的是突触 下图:课题组成员猜测的模式图。当两个不同突触之间发生活动依赖的竞争时,活动性更强的神经元会释放神经递质,激活突触后神经元和星形胶质细胞,星形胶质细胞的内钙被升高,接着释放ATP,ATP可以作用于神经元上的P2y1受体,并在活动性较低的突触上产生长时程的抑制作用,从而促进该突触被删除。GD视讯直播 2

汪浩告诉《中国科学报》记者,神经元之间接触的结构被称为神经突触。每个神经元会和别的神经元形成大约1000个突触,大脑里冗余的突触也需要被删除。成人的大脑每天都会生成和删除大量突触,是一种常态化的生理机制。刚出生的婴孩大脑中的突触数量会随着发育不断增多,6岁时突触数量到达顶峰。此后,大脑又会通过突触删除,让这个数量降低并维持在一个比较稳定的水平。

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