神经轴突的极限延伸

　　

生物通报道：宾夕法尼亚州大学医学院的研究人员成功诱导神经纤维——就是轴突——按每天8毫米的速度生长，长到10厘米长而没有发生断裂。这个长度超过了之前所观察到的最长长度。为了模拟自然状态下的极限，以及了解更多有关神经元生理学的知识，这项新研究对脊髓和神经损伤治疗有重要意义，因为较长的可移植神经轴突是进行这类修复所必须的。

由脑损伤和修复中心的Douglas H. Smith博士领导的研究组将大鼠背根神经结（dorsal root ganglia）的神经元放入添加了营养物质的培养皿上。轴突从皿上的神经元中萌发出来并与其它皿中的神经元连接起来。数天的时间中，利用一个由精确的计算机控制的运动系统将这些培养皿慢慢分开。“通过迅速和持续的延伸，我们培养出了大量的能够用肉眼看到的轴突，”Smith说。在不到两周的时间里，轴突从开始的100微米长延伸到了10厘米。Smith和同事将这些结果发表在了9月8日的Journal of Neuroscience上。

“轴突的这种延伸生长展现出了光明的前景，”Smith说。在轴突长度极大增加的同时，其直径也明显增大。研究人员利用电子显微镜观察了延伸的轴突内部构架和细胞器的情况，从而确认了这种生长。“令人吃惊的是，这种轴突似乎能被这种极端生长激活。它们不会断开，而是形成外观正常的内部结构，”Smith说。

这种极高的生长率与已知的轴突生长限制显然很不一致。“维持这种生长所需的蛋白质能够被运输到轴突上位点的速度比想象的要快的多，”Smith指出。研究组提出了两种可能的机制进行解释：运送的速率非常快或在最接近生长着的轴突的位点上制造出所需的蛋白质。Smith相信这种生长形式通常发生在自然状态下。“例如，据推断蓝鲸的脊髓中的轴突生长最快时每天可达3厘米而长颈鹿颈部的轴突最快时每天可生长2厘米，”Smith说。

研究人员也发现必需为轴突极限生长限制条件。“如果我们让延伸的速度过快，轴突就会断裂，”Bryan Pfister博士说。根据这个情况，研究组猜测在自然状态下，动物必须以一定的尺度生长以维持正常的回馈和满足一定的条件。

研究人员已经较好地了解轴突最初从神经元长出并跟随化学刺激物与其它神经元连接的过程。然而，一旦轴突到达了它的目标，之后是随着动物生长变大所必需的延伸过程。大脑、脊髓和其它骨头生长过程中的机械变化是轴突自然延伸的原因。“我们知道这种延伸不是对神经元的张力而是对轴突的张力，”Smith说。“它是一种形变，是对轴突的拉伸。”研究人员到现在还不清楚什么样的受体和细胞信号通道参与起始这个过程。“这种伸长来自整个身体的生长，”Smith说。例如蓝鲸脊骨的生长很可能就是脊柱中神经轴突生长的外力。

研究人员说这是一种所有动物物种都保有的生长遗传程序，只是到目前为止还没有进行深入的研究。通过揭示极端延长生长的机制，研究组正在将这些信息用于研制修复神经和脊髓损伤的神经构架。
Source: University of Pennsylvania Medical Center