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我们人类为我们的大大脑感到自豪，它负责我们提前计划、沟通和创造的能力。在我们的头骨内，我们平均拥有 860 亿个神经元，比我们的灵长类近亲多三倍。 多年来，研究人员一直试图弄清楚我们是如何设法发展出如此多的脑细胞的。现在，他们又向前迈进了一步：一项新的研究表明，代谢基因中的一个氨基酸变化有助于我们的大脑比其他哺乳动物发育出更多的神经元，也比我们已灭绝的表亲尼安德特人更多。 请关注“干细胞与外泌体”微信公众号，了解更多行业信息
携带现代人类版本的 TKTL1 基因的雪貂长出了额外的神经元（绿色染色），并在它们的大脑中形成了更多的褶皱。ANNELINE PINSON 未参与这项研究的列日大学发育神经生物学家 Brigitte Malgrange 说，这一发现“确实是一个突破”。“单个氨基酸的变化非常非常重要，并且会对大脑产生令人难以置信的后果。” 多年来，德国马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所的神经生物学家 Wieland Huttner 一直对使我们的大脑成为人类的原因很感兴趣。2016 年，他的团队发现在人类、尼安德特人和丹尼索瓦人中发现的 ARHGAP11B 基因突变，但在其他灵长类动物中没有发现，导致更多的细胞产生发育成神经元。 尽管我们的大脑与尼安德特人的大脑大小大致相同，但我们的大脑形状不同，我们创造了他们从未开发过的复杂技术。因此，Huttner 和他的团队着手寻找尼安德特人和现代人之间的遗传差异，特别是在产生新皮质神经元的细胞中。前额后面的这个区域是我们大脑中最大和最近进化的部分，主要的认知过程发生在这里。 该团队专注于 TKTL1，这是一种在现代人类中具有单一氨基酸变化的基因，从赖氨酸到精氨酸，来自尼安德特人和其他哺乳动物的版本。通过分析之前公布的数据，研究人员发现 TKTL1 主要在称为基底放射状胶质细胞的祖细胞中表达，这些细胞在发育过程中会产生大部分皮层神经元。 研究人员将人类和古代版本的基因引入小鼠体内，小鼠在发育过程中通常不表达任何一种形式。人类版本的小鼠大脑比古代版本的小鼠产生更多的基底放射状胶质细胞，进而发展成更多的皮层神经元。
尼安德特人 该团队还想知道 TKTL1 是否影响了人类大脑的深度折叠，这是一种允许我们在头骨内挤压额外神经元的几何形状。老鼠完全没有这些褶皱，但雪貂尽管携带了古老版本的 TKTL1，但仍有一些褶皱。 研究人员9月9日在《科学》杂志上报告说，当研究人员将人类版本的基因引入雪貂时，这些动物会产生更多的皮层神经元并拥有更大的大脑褶皱。“我没想到[折叠]会增加，”第一作者，马克斯普朗克博士后安妮琳平森说。“这是有道理的，因为我们有更多的神经元，但看到它是非常惊人和令人惊讶的。” 接下来，研究人员使用 CRISPR 技术敲除胎儿人类新皮质细胞中的 TKTL1；缺乏该基因的组织产生较少的基底放射状胶质细胞。最后，研究小组比较了两种版本的基因在由漂浮在培养皿中的人类胚胎细胞制成的脑类器官中的作用。与古老基因相比，人类版本再次导致更多的祖细胞和最终更多的神经元。Huttner 说，尽管可能涉及其他基因，但这一发现“表明这一基因是塑造我们大脑的重要因素”。 该团队还通过在人体组织和小鼠中进行的实验，探索了 TKTL1 是如何发挥其作用的。TKTL1 编码一种酶，可帮助细胞产生脂肪酸，脂肪酸在细胞分裂中很重要。研究人员怀疑人类版本产生的额外脂肪酸允许祖细胞生长和分裂更多，从而产生更多的神经元。 加州大学圣地亚哥分校医学院的神经科学家 Alysson Muotri 说，这篇论文及其多项实验“堪称绝技”。然而，他希望该团队也探索过修改后的大脑类器官中电活动的变化。他和他的团队去年展示了 NOVA1，另一种在现代人类中具有独特版本的基因，改变了此类类器官的外观、生长和电活动。如果 TKTL1 的发现成立，他说，“我们正在建立一个可能影响神经发育的基因列表，并在人群中被积极选择。” 对于苏黎世大学的古人类学家 Christoph Zollikofer 来说，这篇新论文提出了一种“全新的……确凿证据”，展示了我们的大脑与尼安德特人的大脑有何不同。但他警告说，这些数据无法解决关于尼安德特人心理能力的争论。大脑大小和神经元数量并不总能转化为更高的智力。对他来说，更好的认知就是神经元之间的连接。 Pinson 和 Huttner 承认这一点。尽管如此，赫特纳说，“拥有更多的神经元可能还不错。” 消息来源：doi: 10.1126/science.ade8022 |
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