Science Reports基因会在死后的大脑中突然增强转录

在死后间隔期间，脑细胞中基因表达衰减的速度并不一致，这表明在神经精神疾病的研究中，死后的脑组织可能需要更快地处理，或者需要更仔细地解释转录模式。“大多数研究假定，当心脏停止跳动时，大脑中的一切都停止跳动，但事实并非如此，”

　　

在大脑中，死亡不是一次性发生的，当然不是在转录水平上。这并不是一成不变的。虽然大多数基因的转录逐渐减弱，但有些基因的转录衰减得特别快，而其他一些基因的转录实际上激增，至少在一段时间内是这样。

当基因表达信息来源于死后脑组织时，这些差异都应该被考虑。否则，基因表达信息可能没有得到很好的校准，导致在研究中使用死后的脑组织来寻找治疗和潜在治愈自闭症、精神分裂症和阿尔茨海默病等疾病的方法时出现错误结果。

最近，芝加哥伊利诺伊大学(UIC)的科学家们确定了死后大脑中基因“死亡”的变化速度。由医学博士杰弗里·a·勒布(Jeffrey A. Loeb)领导的科学家们开始比较死后大脑和新鲜人类大脑皮层的转录模式和组织学特征。(手术切除后立即分离新鲜组织。)然后，科学家们注意到它们的转录模式有所不同。

“与一些与神经精神疾病相关的死后转录组相比，新鲜的人类大脑转录组具有完全独特的转录模式，”科学家们观察到。“为了理解这种差异，我们测量了去除新鲜组织后基因组转录随时间的变化，以模拟死亡时间。”

这项工作的结果出现在3月23日的《科学报告》上，题为“人类死后大脑活动和细胞特异性基因表达的选择性时间依赖性变化”。

文章的作者写道:“在几个小时内，依赖于神经元活动的转录本数量出现了选择性的减少，而通常用作RNA正常化参考的管家基因则相对保存。”“基因聚集表明神经元基因表达快速下降，同时，星形胶质细胞和小胶质细胞基因表达呈反向时间依赖性增加，并在组织切除后持续增加至少24小时。”

换句话说，科学家们区分了三组基因。在一组被分析的80%的基因中，基因表达在24小时内保持相对稳定。这些基因通常被称为管家基因，它们提供基本的细胞功能，在研究中常用来显示组织的质量。另一组基因已知存在于神经元中，被证明与人类大脑活动(如记忆、思维和癫痫发作活动)有复杂的关系，它们在人死后数小时内迅速退化。这些基因对研究精神分裂症和阿尔茨海默病等疾病的研究人员很重要。

第三组基因活性增加的同时，神经元基因活性下降。在胶质细胞中，这些基因可能导致了显著的死后变化，包括过程生长的增加，在大约12小时达到高峰。

最后一组基因可能被称为僵尸基因，尽管它们的存在不应该引起震惊。“神经胶质细胞在死亡后会扩大，这并不奇怪，因为它们是炎症性的，”洛布说，他是约翰·s·加文教授，也是UIC医学院神经病学和康复学的负责人。“他们的工作是清理大脑损伤后的东西，比如缺氧或中风。”

 

这张图片显示，在人脑死亡后，所谓的僵尸基因在胶质细胞中得到了更高水平的表达。注意神经胶质细胞突起的生长。(杰弗里·勒布/ UIC)

最重要的是，Loeb继续说，这一发现的意义——大多数使用死后人类大脑组织来阐明神经精神疾病的研究并不能解释死后的基因表达或细胞活动。

 

“大多数研究假定，当心脏停止跳动时，大脑中的一切都停止跳动，但事实并非如此，”勒布强调说。“我们的发现将被用于解释对人类脑组织的研究。我们直到现在才对这些变化进行量化。”

Loeb和他的团队注意到，新鲜人脑组织中基因表达的整体模式与任何已发表的报告都不匹配，这些报告来自于没有神经系统疾病的人，或患有多种神经系统疾病(从自闭症到阿尔茨海默病)的人。

Loeb说:“我们决定进行一个模拟死亡实验，通过观察最近收集的大块脑组织在0到24小时的时间点上的所有人类基因的表达，这些脑组织被放置在室温下，以复制死亡时间间隔。”

在研究脑组织方面，勒布和他的同事们特别有优势。Loeb是密歇根大学神经资源库(NeuroRepository)的负责人。该资源库收集了神经系统疾病患者的脑组织，这些患者同意在他们死后或在治疗癫痫等疾病的标准护理手术期间收集并存储这些脑组织。例如，在治疗癫痫的某些手术中，癫痫的脑组织会被移除，以帮助消除癫痫。并不是所有的组织都需要用于病理诊断，所以一些可以用于研究。这就是Loeb和他的同事在他们的研究中分析的组织。

“我们的发现并不意味着我们应该抛弃人体组织研究项目，”勒布说。“这只是意味着，研究人员需要考虑到这些基因和细胞的变化，并尽可能减少死亡间隔，以减少这些变化的幅度。”

“我们的发现带来的好消息是，我们现在知道了哪些基因和细胞类型是稳定的，哪些会退化，哪些会随着时间的推移而增加，这样就可以更好地理解死后大脑研究的结果。”