2、誰在修剪大腦「花園」?浙大科學家找到大腦神經突觸「刪除鍵」。

2020-12-03 求是新聞網


    
    上圖：綠色標記的是神經元，紅色標記的是突觸     下圖：課題組成員猜測的模式圖。當兩個不同突觸之間發生活動依賴的競爭時，活動性更強的神經元會釋放神經遞質，激活突觸後神經元和星形膠質細胞，星形膠質細胞的內鈣被升高，接著釋放ATP，ATP可以作用於神經元上的P2y1受體，並在活動性較低的突觸上產生長時程的抑制作用，從而促進該突觸被刪除。
    
    
    
    


    
    手機反應慢，清理一下內存垃圾或許能提速。掌控著我們舉手投足、喜怒哀樂的大腦，其也存在一種類似的清理機制，讓大腦得以健康運轉。4月12日，生命科學領域知名期刊《eLife》刊登了浙大醫學院神經科學研究所汪浩研究員和段樹民院士的合作研究（ dx.doi.org/10.7554/eLife.15043）:他們發現星形膠質細胞釋放的ATP可以幫助識別不需要的神經突觸，在大腦中按下「刪除鍵」。
    
    一個健康的成年人大腦中約有860億個神經元。我們思考，我們回憶，我們感到喜悅或悲傷，都是神經元和神經元之間放電的結果。神經元之間接觸的結構稱為神經突觸。每個神經元會和別的神經元形成大約1000個突觸，大腦的複雜程度可想而知。
    
    「大腦像個複雜而精緻的花園。」汪浩研究員說：「花園裡的園藝草木需要被修剪，大腦裡冗餘的突觸也需要被刪除。成人的大腦每天都會生成和刪除大量突觸，是一種常態化的生理機制。」據介紹，剛出生的嬰孩大腦中的突觸數量會隨著發育不斷增多，6歲時突觸數量到達頂峰。此後，大腦又會通過突觸刪除，讓這個數量降低並維持在一個比較穩定的水平。
    
    「神經突觸是我們記憶存儲的載體，突觸的生成和刪除也構成了我們大腦可塑性的基礎。沒有證據表示突觸的數量與一個人的聰明程度有直接的關聯，而突觸過剩肯定不是一件好事。」汪浩說，目前科學界主流的觀點認為，突觸刪除異常導致的大腦神經環路發育出現問題可能與自閉症和精神分裂症有關。
    
    關於突觸刪除，科學界聚焦的問題主要有兩點，一是什麼機制清除了不需要的突觸？二是大腦怎麼識別要被刪掉的突觸？ 2008年和2013年，美國史丹福大學的Ben Barres教授團隊研究發現，大腦中的星形膠質細胞和小膠質細胞，可以像清道夫一樣，通過吞噬和降解，刪除不需要的神經突觸。
    
    膠質細胞在大腦中大量存在。從前，人們對膠質細胞的認識僅限於為神經元提供營養，支持與保護，近年來的研究發現，膠質細胞除了有輔助功能，它們也積極的參與調控神經活動。有研究發現，星形膠質細胞內的鈣離子濃度升高，對星形膠質細胞行使功能起到至關重要的作用。
    
    「我們著重研究了究竟怎麼識別不需要的突觸。」汪浩介紹，「我們用轉基因小鼠敲除掉一個對星形膠質細胞內鈣升高起關鍵作用的受體，使得小鼠大腦星形膠質細胞的內鈣無法升高，那些原來應該被刪除掉的突觸很多都被保留了下來，沒有被修剪掉。這樣的小鼠的神經突觸的數量，比正常小鼠要多出三分之一左右。」
    
    當在突觸過剩的小鼠大腦裡補充一種化學分子ATP（三磷酸腺苷）後，突觸刪除過程可以恢復，重新將應該被刪除的冗餘的突觸修剪掉。進一步研究發現，ATP主要通過作用於一個表達在細胞表面的受體P2Y1起到促進突觸刪除的作用。
    
    （周煒）

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