Neuron：生长的运动神经元受血管“爱恨关系”的引导

一项新的合作研究表明，血管基因如何通过告诉血管让路，在运动神经元的发育中发挥关键作用。这一发现有助于理解运动神经元连接被破坏的疾病，如肌萎缩性侧索硬化症(ALS)或脊髓性肌萎缩症(SMA)。

　　

   

   

图片:在左边的图片中，运动神经元(绿色)在发育中的健康小鼠的血管(红色)中向肌肉生长时，为它们开辟了一条通路。在右图中，这一过程在老鼠体内被打乱，因为基因突变阻止了血管检测到让它们让路的信号。    

当参与运动的神经元(称为运动神经元)形成时，它们必须建立连接，从大脑、脑干或脊髓一直延伸到头部、手臂或脚趾尖。神经元如何在这些系统中导航，并“决定”在哪里和如何生长，在很大程度上一直是个谜。

现在，索尔克研究所的科学家和意大利圣拉斐尔科学研究所的同事们进行了一项新的合作研究，揭示了血管基因如何通过告诉血管让路，在运动神经元的发育中发挥关键作用。

该研究结果于2022年10月7日发表在该杂志上神经元的研究提供了一种新的理解，即“推拉”与血管的关系是如何引导运动神经元的生长和发育的——在这种关系中，生长的神经元既吸引血管靠近它们，又将它们推开。这一发现也有助于理解运动神经元连接被破坏的疾病，如肌萎缩性侧索硬化症(ALS)或脊髓性肌萎缩症(SMA)。

“这一发现揭示了一系列分子和细胞之间的相互作用，这在以前是不被理解的，”共同通讯作者塞缪尔·普法夫(Samuel Pfaff)说，他是基因表达实验室的教授，也是索尔克大学本杰明·h·刘易斯(Benjamin H. Lewis)教授。“我们对这些基因如何调节血管生长和神经元发育的发现，从了解其他脑回路如何形成，到甚至了解癌细胞如何与环境相互作用，都具有深远的意义。”

运动神经元连接是在胎儿发育期间形成的。这个连接神经系统的过程非常精确，细胞在全身形成了数万亿个连接。然而，指导这一发展的基因过程仍然知之甚少。

先前的研究主要集中在与运动神经元直接相关的特定基因的作用以及它们是如何生长的。但在这项研究中，科学家们采取了更宏观的方法，观察神经系统内外的基因。

研究人员随机选取了小鼠的基因突变，并仔细检查了这些动物发育中的运动神经元。令他们惊讶的是，他们发现运动神经元生长不正常的老鼠发生了突变，影响的不是神经系统，而是包括血管在内的血管系统。

在健康的小鼠中，运动神经元可以从脊髓中生长出来，通过周围的组织到达远处的肌肉群。然而，科学家们观察到，在血管突变的小鼠中，运动神经元似乎卡在了血管的屏障后面。他们发现，这种突变影响了血管感知接近神经元并让路的能力。

“生长中的轴突和血管细胞之间存在着碰撞，”共同通讯作者、意大利米兰圣拉斐尔科学研究所分子神经生物学小组组长、前索尔克研究员达里奥·博纳米说。“当你把这种受体从血管细胞中取出时，运动轴突就会与血管发生碰撞，它们向肌肉移动的过程就会受到损害和阻碍。”

这一发现揭示了正在发育的神经元的微妙过程，它们需要吸引血管为其生长提供燃料，同时也需要排斥血管以使其让路。这与利用干细胞开发运动神经元“替代疗法”必须克服的障碍有关，这是一种潜在的治疗运动神经元退化疾病的方法，包括肌萎缩侧索硬化症(ALS)和肌萎缩性脊髓侧索硬化症(SMA)。

未来，科学家们计划在其他情况下研究神经和血管之间的“相互作用”，以及神经和血管系统如何对中风、脑损伤和萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)和肌萎缩性脊髓侧索硬化症(SMA)等退行性疾病做出反应。

文章标题

Motor neurons use push-pull signals to direct vascular remodeling critical for their connectivity