科学家发现大脑干细胞的意外作用

　　

生物通报道：几十年来，科学家们认为，大脑中的神经元仅在早期发育时期生成，并且无法补充。然而，最近他们发现，这些细胞具有分裂能力，并能在特定大脑区域中变成新的神经元。这些神经前体细胞的功能仍然是一个热点研究领域。美国国立卫生研究院（NIH）的科学家报道称，小鼠嗅觉系统（处理气味的区域）中新形成的脑细胞，对于保持适当的细胞连接起着至关重要的作用。相关研究结果发表在2014年10月8日的《Journal of Neuroscience》杂志。

本文第一作者、NIH国家神经系统疾病和中风研究所（NINDS）的科学家Leonardo Belluscio博士指出：“对于大脑干细胞来说，这是一个令人惊讶的新作用，改变了我们看待它们的方式。”

嗅球（olfactory bulb）位于大脑前部，接收直接来自鼻子关于环境气味的信息。嗅球中的神经元将这些信息进行排序，并将信号转播给大脑的其他部分，这时我们就意识到我们正在经历的气味。嗅觉丧失往往是各种神经性疾病的早期症状，包括阿尔茨海默氏病和帕金森氏综合症。

在一个称为神经发生（neurogenesis）的过程中，成年以后生成的（adult-born）神经前体细胞，是在大脑深处的室下区中产生的，并迁移到嗅球中，它们认为那里是其最终位置。一旦在适当的位置，它们就与现有的细胞形成联系，并被纳入到神经环路中。

研究嗅觉系统的Belluscio博士，与NIH国家精神卫生研究所的神经发生研究员Heather Cameron联手合作，来更好地了解新神经元的连续加入对嗅球的回路结构有何影响。研究人员利用两种特别设计的小鼠类型，能够在成人中特别靶定和消除产生这些新神经元的干细胞，同时保持其他嗅球细胞的完好无损。这一特异性水平在之前并没有得以实现。

在第一组小鼠实验中，Belluscio博士的研究小组首先通过暂时堵塞动物的一个鼻孔，打乱嗅球回路的组织，来阻止嗅觉感官信息进入大脑。他实验室之前的研究表明，这种形式的感官剥夺（sensory deprivation）可使嗅球内某些预测戏剧性地被传播出去，并失去正常条件下表现出的精确连接模式。这些研究还表明，一旦感官剥夺被逆转，这种广泛被中断的环路，就可以自身重新组织，并恢复其原有的精度。

然而，在目前的研究中，Belluscio博士的实验室发现，一旦鼻子是畅通无阻的，如果新的神经元被阻止形成和进入嗅球，那么环路就仍然处于混乱之中。Belluscio博士称：“我们发现，如果没有引入新的神经元，那么系统就无法从破坏的状态中恢复。”

为了进一步探讨这一理念，他的研究小组在没有经历感官剥夺的小鼠中，消除了成年后生成的神经元的形成。他们发现，嗅球组织开始打破，类似于被阻止接受鼻子感觉信息的动物中所看到的模式。他们观察到，干细胞损失的程度和环路中断数量之间存在关联，表明干细胞的更多损伤，可导致嗅球中更大程度的混乱。

根据Belluscio博士介绍，人们普遍认为，成人大脑中的环路是相当稳定的，引入新的神经元会改变现有的环路，从而使其重新组织。他说：“然而，在这种情况下，环路似乎是天生不稳定的，需要经常供应新神经元，不仅是为了在中断后恢复其组织，也是为了保持或稳定其成熟结构。尽管这种嗅球环路中细胞的不断更换，但在正常情况下它的组织并没有改变，这真的相当惊人。”

Belluscio及其同事推测，嗅球中的新神经元，可能对于保持或调节系统中的活性依赖变化很重要，这可以帮助动物适应不断变化的环境。

Cameron博士称：“我们非常兴奋地发现，新神经元可影响嗅球中神经元之间的精确联系。因为整个大脑中的新神经元有许多共同的特点，很可能其他区域（如海马体，参与记忆）中的神经发生，也产生类似的连通性变化。”

神经系统疾病和嗅觉系统变化之间关系的根本基础还是未知的，但是可能来源于我们对嗅觉如何起作用的更好理解。Belluscio博士说：“这是一个令人兴奋的科学领域。我认为，嗅觉系统对神经活动变化非常的敏感，鉴于它与其他脑区的联系，我们应该深入了解嗅觉丧失和许多脑部疾病之间的关系。”

（生物通：王英）

延伸阅读：神经干细胞过度生长与自闭症的关联

生物通推荐原文摘要：
Adult Neurogenesis Is Necessary to Refine and Maintain Circuit Specificity
Abstract: The circuitry of the olfactory bulb contains a precise anatomical map that links isofunctional regions within each olfactory bulb. This intrabulbar map forms perinatally and undergoes activity-dependent refinement during the first postnatal weeks. Although this map retains its plasticity throughout adulthood, its organization is remarkably stable despite the addition of millions of new neurons to this circuit. Here we show that the continuous supply of new neuroblasts from the subventricular zone is necessary for both the restoration and maintenance of this precise central circuit. Using pharmacogenetic methods to conditionally ablate adult neurogenesis in transgenic mice, we find that the influx of neuroblasts is required for recovery of intrabulbar map precision after disruption due to sensory block. We further demonstrate that eliminating adult-born interneurons in naive animals leads to an expansion of tufted cell axons that is identical to the changes caused by sensory block, thus revealing an essential role for new neurons in circuit maintenance under baseline conditions. These findings show, for the first time, that inhibiting adult neurogenesis alters the circuitry of projection neurons in brain regions that receive new interneurons and points to a critical role for adult-born neurons in stabilizing a brain circuit that exhibits high levels of plasticity.