大腦如何清理死亡神經元?科學家首次捕獲到這一過程的視頻

2020-11-26 騰訊網

圖片來源：Yale University

細胞死亡是一個進化上保守且普遍存在的過程，發生在大多數器官系統的整個生命周期中，與各種穩態功能有關，如發育、免疫調節和抵禦細胞內感染病原體。

我們的大腦就有一個廢物處理系統，可以防止死亡和有毒的神經元堵塞我們的生物途徑。

近日，發表在《Science Advances》上的一項研究中，來自美國耶魯大學的科學家們在實驗室對小鼠進行了測試，並首次成功捕獲到了這一過程的視頻（見上圖）。

關於死亡神經元是如何被清除的，以及大腦對它們的反應，還存在許多未知之處。因此，即使我們還沒有證實人類大腦的工作方式是完全相同的，但這項新研究可能是解決其中一些問題的重要一步。

該研究通訊作者、耶魯大學醫學院的神經學家Jaime Grutzendler說：「這是第一次在活體哺乳動物大腦中發現這一過程。」

Jaime Grutzendler

進一步來說，一旦我們能更多地了解大腦清理系統是如何工作的，這些發現甚至可能為與年齡相關的大腦衰退和神經紊亂的治療提供關鍵信息。

在這項研究中，研究團隊將重點放在負責大腦清理工作的神經膠質細胞上。他們開發了光化學和病毒結合的方法誘導小鼠單個細胞死亡，並將其與活體光學成像相結合，使用螢光標記物追蹤神經膠質細胞的路徑。

Grutzendler說：「誘導單個細胞死亡，而不是用錘子敲打大腦造成成千上萬細胞的死亡，讓我們可以研究細胞在死亡後發生了什麼，並觀察其他參與該過程的細胞。這在以前是完全不可能的，但我們現在能夠非常清楚地觀察到底發生了什麼，並試圖理解整個過程。」

三種類型的神經膠質細胞，即小神經膠質細胞、星形膠質細胞和NG2細胞被證明參與了一個高度協調的細胞清除過程。這一過程既清除了死亡神經元，也移除了與大腦其他區域相連的所有途徑。研究人員觀察到一個小膠質細胞吞噬了整個神經元及其主要分支（樹突），而星形膠質細胞則瞄準較小的連接樹突進行清除。他們懷疑NG2可能有助於阻止死亡細胞碎片的擴散。

圖片來源：Science Advances

研究人員還證明，如果一種膠質細胞由於某種原因錯過了死亡的神經元，其他類型的細胞會在廢物清理過程中接管它們的角色。這表明膠質細胞之間正在發生某種通信。

研究中另一個有趣的發現是，年齡較大小鼠的大腦清除死亡神經細胞的效率較低，儘管清除垃圾的細胞似乎同樣意識到那裡有一個垂死的細胞。

這是未來研究的一個好機會，可以讓科學家們了解隨著廢物處理系統開始減慢甚至中斷，老年人以及那些頭部受過創傷的人的大腦是如何開始以各種方式紊亂的。也許有朝一日會開發出新的治療方法來代替大腦的清理過程。

該研究第一作者、耶魯大學醫學院的神經學家Eyiyemisi Damisah說：「細胞死亡在腦部疾病中非常普遍。理解這一過程將會對如何解決腦外傷、中風和其他情況下的腦細胞死亡問題產生新的見解。」

論文連結：

https://advances.sciencemag.org/content/6/26/eaba3239

相關焦點

  • 腦科學日報:首次在單個神經元水平上捕捉到腦細胞死亡過程的圖像
    首次！在單個神經元水平上捕捉到腦細胞死亡過程的圖像來源：腦友記BrainUp細胞屍體去除過程中星形膠質細胞和小膠質細胞的實時成像。當神經元死亡時，細胞垃圾收集者就會利用精心設計的程序來處理細胞屍體並清除碎片。
  • 成人大腦能調控新生神經元數量
    成人大腦每天產生上千個新的神經元，但只有很少一部分能存活下來，其餘死亡後都被一種吞噬細胞給清除了。據美國物理學家組織網8月10日報導，維吉尼亞大學神經科學家的一項最新研究揭示了死亡神經元被清除和新神經元形成的機制。該研究有助於設計新型療法，促進成人大腦神經形成，幫助那些抑鬱症、外傷壓迫導致腦功能障礙的患者重新恢復大腦功能，有望改變人的基本認知功能，帶來新的學習方法。
  • 近期人類大腦神經元研究重磅成果之梳理
    修復大腦和脊髓遭受的損傷可能是醫學界最艱巨的挑戰。直到最近，這似乎是不可能完成的任務。這項新研究提出了「成體大腦再生的轉錄路線圖，研究者表示，通過使用現代神經科學、分子遺傳學、病毒學和計算能力等一系列極好的工具，我們首次能夠鑑定成體腦細胞中的一組完整的基因如何自我重置以進行再生。這使得我們對再生如何在轉錄水平上發生有了新的基礎了解。」
  • 寄生蟲如何操縱螞蟻大腦?科學家首次真實觀察到了
    科學家一直致力於研究這種寄生蟲如何與螞蟻大腦相互影響，他們首次相機拍攝到這種可怕的殭屍關係。柳葉刀肝吸蟲的生命開始像許多其它寄生蟲一樣，最初蟲卵生活在牛羊糞便中。之後蝸牛吞食糞便，它們成為柳葉刀肝吸蟲的第一宿主體，蟲卵停留在蝸牛腸道之中，並進行孵化和發育。最終，這種寄生蟲附著在蝸牛的黏液球上，被螞蟻吞入腹中，從而螞蟻成為它們的第二宿主體，在螞蟻身體上柳葉刀肝吸蟲發生了奇特的轉變。
  • 科學家在大腦中發現了一種能有效清除有害細胞碎片的「候補」機制
    大腦中特殊的免疫細胞—小膠質細胞或在移除大腦中細胞碎片過程中扮演著主要的角色，近日，一項刊登在國際雜誌The EMBO Journal上的研究報告中，來自日本名古屋大學等機構的科學家們通過研究發現，另外一種名為星形膠質細胞的大腦細胞或許也參與到了清理大腦細胞碎片的過程中，而其這一行為被認為是小膠質細胞的後援力量，相關研究結果或有望幫助科學家們開發新型療法來加速大腦中細胞碎片的清除
  • 科學家「復活死亡大腦」?這裡有你想知道的問題!
    然而，耶魯大學的研究人員卻對這一觀點發起了挑戰。他們將大腦從被宰殺4小時之後的豬體內取出，在他們的實驗中，這些離開了身體的大腦「復活」了。這一發現的意義不僅在於它對這種實驗方法的倫理提出了質疑，還對死亡的本質提出了質疑。在4月17日的《自然》期刊上，研究人員詳細地描述了這項實驗的細節。1. 科學家到底對豬的大腦做了什麼？
  • 心臟跳動時大腦也跟著抖一抖 有助於科學家對不同神經元進行準確分類
    /Cell Reports動圖截圖當心臟跳動時，大腦就會抖動。現在，研究人員發現了一種利用這一運動來更好地研究不同類型神經元之間差異的方法。在3月10日的《細胞報告》雜誌上發表的一項研究中，研究人員發現，通過分析神經元在一次心跳中記錄的波形變化，可以更準確地對人類大腦中不同類型的神經元進行分類。
  • EMBO J:科學家在大腦中發現了一種能有效清除有害細胞碎片的「候補...
    2020年11月16日 訊 /生物谷BIOON/ --大腦中特殊的免疫細胞—小膠質細胞或在移除大腦中細胞碎片過程中扮演著主要的角色，近日，一項刊登在國際雜誌The EMBO Journal上的研究報告中，來自日本名古屋大學等機構的科學家們通過研究發現，另外一種名為星形膠質細胞的大腦細胞或許也參與到了清理大腦細胞碎片的過程中，而其這一行為被認為是小膠質細胞的後援力量
  • 聚焦神經元重要研究 解讀大腦奧秘
    之前的研究已表明在新皮質的早期發育過程中，在腦室區（ventricular zone）產生的興奮性神經元向皮質板（cortical plate， 覆蓋著大腦的灰質層，由纖維和神經細胞構成）遷移。其他研究也已揭示出神經元的形狀在遷移期間實際上發生變化：從多極形態轉換到雙極形態。但是這個過程是如何發生的一直是一個謎。
  • 大腦晶片構建模擬神經元文化,將帶來什麼?
    大腦晶片構建模擬神經元文化，將帶來什麼？近日，來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的多學科科學家團隊開發了一款三維「晶片大腦」（brain-on-a-chip），它能夠捕獲體外培養活體腦細胞的神經活動，並提出了一種建模交互神經元群體及其網絡結構的方式。簡單來說，就是構建在晶片上培養腦細胞的模型。
  • 陳根：大腦晶片構建模擬神經元文化，將帶來什麼？
    近日，來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的多學科科學家團隊開發了一款三維「晶片大腦」（brain-on-a-chip），它能夠捕獲體外培養活體腦細胞的神經活動，並提出了一種建模交互神經元群體及其網絡結構的方式。簡單來說，就是構建在晶片上培養腦細胞的模型。
  • 首次發現硒或能有效保護大腦中特殊類型的神經元!
    ，近日，來自德國環境健康研究中心（Helmholtz Zentrum Munchen）的科學家通過研究首次闡明了為何硒是哺乳動物機體的一種限制因子，相關研究刊登於國際雜誌Cell上。圖片來源： Ingold et al., Cell, 2017多年以來科學家們一直在調查一種新的細胞死亡方式
  • 神經元如何排列組成大腦?科學家發現隱形指令
    斯坦福科學家通過顯微鏡觀察和數學建模，發現了神經元組合成大腦神經網絡所遵循的隱形指令，這項技術有助於生物工程師引導幹細胞培育身體器官。生命中處處有各自特定的形態：鳥的羽毛長短各異，玫瑰的花瓣裡短外長。科學家發現大腦的生長也一樣，也要遵循某種形態指令長成特定的形象。
  • Cell:成功繪製出小鼠大腦中1000個神經元的連接圖譜
    兩年前，當Jayaram Chandrashekar和他的同事們開始他們的神經製圖工作時，神經科學家對哺乳動物大腦中的哪些區域相互交談有一個大概的想法。但是，大腦中的信息傳遞架構在很大程度上是一個謎。一種完整的神經迴路圖可以幫助科學家們更好地理解大腦是如何連接的，以及信息如何通過這種神經迴路進行傳播。
  • 《自然》:小膠質細胞或能有效調節大腦中神經元的功能和行為!
    近日，來自西奈山醫院等機構的科學家們通過研究發現，在大腦中扮演清道夫角色幫助清理死亡細胞的免疫細胞，或在小鼠和人類機體行為的調節上也扮演著關鍵角色，相關研究成果刊登在國際雜誌Nature上。
  • Science :科學家揭秘大腦神經元迴路的連線規則
    圖片來源：medicalxpress.com2015年12月3日 訊 /生物谷BIOON/ --我們的大腦中包含著數億萬個神經元，而這些神經元又通過數百萬億個突觸進行連接，儘管揭開這些連接看似不可能完成的任務，但近日一項刊登在國際著名雜誌Science上的研究論文中，來自貝勒醫學院的研究人員就成功完成了這項任務，研究人員在文章中成功解析了小鼠大腦皮層中神經元的連接方式，大腦皮層是大腦的外層結構，其被認為主要負責機體認知和感覺功能的發揮。
  • 成年人的大腦不會再產生新的神經元?
    小鼠的神經元數十年來，科學家一直認為，胚胎和嬰兒的大腦都會進行「神經發生」（neurogenesis，即生成新的神經元），但在成年後便會戛然而止。但從上世紀80年代開始，這一觀點逐漸受到了質疑。研究人員證實，神經發生會在多種成年動物的大腦中出現，並最終發現，成年人類大腦中存在形成新神經元的跡象。
  • Neuron:ALS中大腦運動神經元在是如何死亡的
    相關研究已經刊登於Neuron雜誌上，這項新研究表明，ALS一個共同的基因突變會產生致命的蛋白質，可能引起大腦損害，導致ALS。約5％的ALS患者攜帶C9orf72基因變異，其在ALS患者中含有數百個重複序列，而不存在於正常個體中。在2011年就發現了該基因，但是研究人員一直在試圖理解它的正常功能，以及其在ALS的作用，並提出了多個假設。
  • 谷歌發布史上最強1/3果蠅大腦地圖,精準定位25000個神經元連接!
    休斯醫學研究所 (HHMI) 合作自動重建了整個果蠅的大腦，現在，他們又迎來一個重要裡程碑：已經精確定位了25,000個神經元之間的數百萬個連接，這是有史以來最大、最詳盡的果蠅大腦地圖。戳右邊連結上 新智元小程序 了解更多！　　長久以來，科學家們一直夢想通過繪製完整的大腦神經網絡的結構，以了解神經系統是如何工作的。
  • 晶片上數十萬神經元生長！科學家在「3D 晶片大腦」上建模，還要複製人體系統
    帶著這一問題，科學家們嘗試了很多替代動物實驗的方案，比如開發新算法、三維體外模型、利用魚胚胎（魚胚胎不屬於動物）進行毒性測試甚至是採用頗具爭議的人體實驗。不僅如此，他們還在這款三維晶片大腦基礎上建模，方便對體外腦晶片上形成的神經元網絡進行分析。很明顯，這是替代動物實驗的一個好方法，研究人員也表示：體外模擬人腦實現了重大進展。