原创 学术经纬 学术经纬 2022-07-25 07:30 发表于江苏
我们的大脑中，神经细胞是死一个少一个，还是可以终身更新、产生新的神经元？这个问题在过去半个多世纪里备受争议。
当然，科学家们也在借助先进的技术方法，不断寻找着新的证据。近日，顶尖学术期刊《自然》上发表的一篇论文带来了振奋人心的结论：宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的宋洪军教授、明国莉教授的研究团队，使用新的技术手段来识别新产生的神经元，发现从婴儿期到90多岁的整个人生周期，人脑中的海马体中都存在大量未成熟神经元。
海马体在学习、记忆、情绪调节等功能中起着重要作用，而在阿尔茨海默病等神经系统疾病的患者脑中，它又是首当其冲受到损害的脑区。因此，海马体一直是科学家们在研究成体新生神经元时最为关注的区域，这一区域发现大量具备可塑性的未成熟神经元，对于深入理解大脑的功能和治疗脑部疾病都有重要意义。
“当大脑受损，例如发生脑卒中、脑外伤的情况时，自我修复的能力尤其重要。”宋洪军教授指出，“对于理解阿尔茨海默病之类影响记忆等功能的疾病，这种可塑性也很重要。”
▲实验示意图（图片来源：参考资料[1]）
为了灵敏地识别出成人脑组织样本中新产生的未成熟神经元，两种强大的工具在此次新研究中大显身手：单细胞核RNA测序（snRNA-seq）技术和机器学习。针对脑组织样本的单细胞核RNA测序记录单个细胞中所有基因活性，并适用于过去受样本采集过程影响而难以分析的细胞类型，比如神经元。而基于机器学习的分析方法通过对大量基因活性数据的筛选，找出成熟和未成熟海马神经元之间分子特征的细微差异。
通过这些方法，研究人员在不同年龄段的所有人脑海马体样本中都鉴定出了具有齿状回颗粒细胞（imGCs）特征的未成熟神经元。在4岁以上年龄的样本中，这些未成熟齿状颗粒细胞约占所有颗粒细胞的3.1%~7.5%。而成体人脑中的其他区域，研究人员没有发现数量如此显著的未成熟神经元。
▲体外培养的成人海马体手术切片样本中，合成核苷类似物标记的新生神经元（白色所示）显现出未成熟神经元、齿状回颗粒细胞等特征（图片来源：参考资料[2]；Credit：宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院）
这项研究还检查了几名阿尔茨海默病患者的脑组织样本，与同样年龄段但没有患阿尔茨海默病的人相比，阿尔茨海默患者脑中的未成熟颗粒细胞在所有颗粒细胞中的比例大大降低，减少了一半以上。
除了数量和比例的变化外，这些未成熟颗粒细胞的基因表达特性也透露了衰老和脑部疾病的特点，比如一些已知与阿尔茨海默病、自闭症谱系障碍风险有关的基因，在相关疾病开始出现时，也会在未成熟颗粒细胞中表达。
“展望未来，我们希望这类研究可以帮助进一步了解精神疾病和阿尔茨海默病等脑部疾病的原因，从而为治疗这些疾病提供信息。”明国莉教授说道。
参考资料：
[1] Yi Zhou et al, Molecular landscapes of human hippocampal immature neurons across lifespan, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04912-w
[2] Discovery of molecular signatures of immature neurons in human brain provides new insights into brain plasticity. Retrieved July 19, 2022 from https:///news/2022-07-discovery-molecular-signatures-immature-neurons.html
