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谁在修剪大脑“花园”?

浙大科学家找到大脑神经突触“删除键”

发布时间:2016-04-12来源:浙大新闻办作者:周炜浏览次数:13153


    
    
上图:绿色标记的是神经元,红色标记的是突触     下图:课题组成员猜测的模式图。当两个不同突触之间发生活动依赖的竞争时,活动性更强的神经元会释放神经递质,激活突触后神经元和星形胶质细胞,星形胶质细胞的内钙被升高,接着释放ATPATP可以作用于神经元上的P2y1受体,并在活动性较低的突触上产生长时程的抑制作用,从而促进该突触被删除。
    

    

    
    


    

    手机反应慢,清理一下内存垃圾或许能提速。掌控着我们举手投足、喜怒哀乐的大脑,其也存在一种类似的清理机制,让大脑得以健康运转。4月12日,生命科学领域知名期刊《eLife》刊登了浙大医学院神经科学研究所汪浩研究员和段树民院士的合作研究( dx.doi.org/10.7554/eLife.15043):他们发现星形胶质细胞释放的ATP可以帮助识别不需要的神经突触,在大脑中按下“删除键”。
    
    
一个健康的成年人大脑中约有860亿个神经元。我们思考,我们回忆,我们感到喜悦或悲伤,都是神经元和神经元之间放电的结果。神经元之间接触的结构称为神经突触。每个神经元会和别的神经元形成大约1000个突触,大脑的复杂程度可想而知。
    
    
“大脑像个复杂而精致的花园。”汪浩研究员说:“花园里的园艺草木需要被修剪,大脑里冗余的突触也需要被删除。成人的大脑每天都会生成和删除大量突触,是一种常态化的生理机制。”据介绍,刚出生的婴孩大脑中的突触数量会随着发育不断增多,6岁时突触数量到达顶峰。此后,大脑又会通过突触删除,让这个数量降低并维持在一个比较稳定的水平。
    
    
“神经突触是我们记忆存储的载体,突触的生成和删除也构成了我们大脑可塑性的基础。没有证据表示突触的数量与一个人的聪明程度有直接的关联,而突触过剩肯定不是一件好事。”汪浩说,目前科学界主流的观点认为,突触删除异常导致的大脑神经环路发育出现问题可能与自闭症和精神分裂症有关。
    
    
关于突触删除,科学界聚焦的问题主要有两点,一是什么机制清除了不需要的突触?二是大脑怎么识别要被删掉的突触? 2008年和2013年,美国斯坦福大学的Ben Barres教授团队研究发现,大脑中的星形胶质细胞和小胶质细胞,可以像清道夫一样,通过吞噬和降解,删除不需要的神经突触。
    
    
胶质细胞在大脑中大量存在。从前,人们对胶质细胞的认识仅限于为神经元提供营养,支持与保护,近年来的研究发现,胶质细胞除了有辅助功能,它们也积极的参与调控神经活动。有研究发现,星形胶质细胞内的钙离子浓度升高,对星形胶质细胞行使功能起到至关重要的作用。
    
    
“我们着重研究了究竟怎么识别不需要的突触。”汪浩介绍,“我们用转基因小鼠敲除掉一个对星形胶质细胞内钙升高起关键作用的受体,使得小鼠大脑星形胶质细胞的内钙无法升高,那些原来应该被删除掉的突触很多都被保留了下来,没有被修剪掉。这样的小鼠的神经突触的数量,比正常小鼠要多出三分之一左右。”
    
    当在突触过剩的小鼠大脑里补充一种化学分子ATP(三磷酸腺苷)后,突触删除过程可以恢复,重新将应该被删除的冗余的突触修剪掉。进一步研究发现,ATP主要通过作用于一个表达在细胞表面的受体P2Y1起到促进突触删除的作用。
    
    (周炜)