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神经元也有“充电器”
来源:     作者:      2016-10-08 13:03       

 

研究发现,当神经元受损后,星形胶质细胞可通过向细胞能量“发电机”线粒体捐助能量使其发挥作用。图片来源:GerryShaw

如果你的爱车能量耗尽,你可能会呼叫道路救援或是好心的旁观者帮助。当受损的神经元“能量”即将耗尽时,一项新研究发现,生成能量的线粒体会呼叫一种不同的脑细胞——星形胶质细胞进行帮助。这些细胞可通过向濒危的神经元捐助额外的线粒体作出应答。尽管这项发现尚处于初步阶段,但科学家表示,它可能是帮助中风或其他脑损伤患者实现恢复的新途径。

“这是一项非常有趣的重要研究,因为它描述了一种星形胶质细胞保护神经元的新机制。”以色列特拉维夫市拉宾神经生物学研究所神经生物学家、未参与此项研究的Reuven Stein说。

为了保证大脑进行能量高度集中的信息传输工作,神经元需要大量线粒体——生成确保细胞活性及运输能力的分子燃料三磷酸腺苷的“发电厂”。神经元中的线粒体必须经常置换,即通过一种叫作裂变的方式进行自我复制,其细胞器最初来自于细胞内部捕获的与其存在共生关系的微生物。但如果线粒体受损或是不能维持一个细胞的需求,那么能量供应就会耗尽,导致细胞死亡。

2014年,科学家发表了首个关于细胞能够在大脑中传输线粒体的证据,但其似乎更类似于丢弃“垃圾”。当神经元排除受损的线粒体时,星形胶质细胞会吞噬它们使其分解。美国查尔斯顿麻省总医院神经学家Eng Lo和Kazuhide Hayakawa希望了解这种传输机制是否可通过其他渠道进行,即星形胶质细胞向处于崩溃边缘的神经元捐助仍在运行的线粒体。其他团队的研究也支撑这一观点,例如2012年一项研究发现,来自骨髓的干细胞能够向严重受损的肺部细胞提供线粒体。

为了解这种捐助是否在大脑内发生,Lo、Hayakawa与中国北京的研究者合作,验证星形胶质细胞是否能够通过诱导成为驱逐性的健康线粒体。Lo说,此前的研究表明,星形胶质细胞可利用一种叫作CD38的酶获悉神经元的“求救”信号。这种酶是机体对受伤或损伤作出的应答,也是由星形胶质细胞产生的。当Lo和同事通过基因编辑的小鼠生成过量的CD38后,来自这些啮齿类动物的星形胶质细胞能够排除大量静止不动的线粒体粒子。研究人员随后将富含线粒体的液体放入另一个含有濒临死亡的小鼠神经元的培养皿中,发现这些细胞能够在24小时内吸收线粒体。这些重新“充电”后的神经元还会长出新的分支、生命周期更长,并且比没有接受替换“电池”的细胞拥有更高水平的三磷酸腺苷,表明星形胶质细胞的线粒体是有益的。

接下来,该团队需要了解同样的现象是否存在于活体动物体内。为此,他们使活体小鼠产生中风症状,并向其受损脑区注射了由星形胶质细胞生成的线粒体。24小时之后,科学家杀死了这些小鼠,切开其脑部,在显微镜下检查了它们的组织。研究人员看到,这些小鼠的神经元不仅吸收了线粒体,而且与那些没有接受线粒体混合物的小鼠相比,其体内可提高受损细胞存活率的分子也显著升高。

最后,该团队测试了CD38是否是线粒体传输所必须的。他们在小鼠体内注射了用于干扰这种酶功能的RNA短片段。该团队在7月27日发表于的文章中表示,接受治疗的模拟“中风”小鼠神经元中的星形胶质细胞线粒体变得更少。与那些CD38未受阻的啮齿类动物相比,这些小鼠的神经系统测试要糟糕两倍。Lo强调说,这一工作仅仅是“概念性证据研究”,但他补充说这些神经系统测试的结果“有助了解这种酶在临床上具有相关性”。

考虑到CD38在包括免疫系统在内的整个机体中具有重要的角色,这些数据对开始研究能增加或改变其活性的药物“仍然过早”,阿拉巴马州伯明翰大学微生物学家Frances Lund说。例如,目前尚不明确线粒体的传输是否由CD38的水平导致,还仅仅是与其存在相关性。

尽管如此,宾夕法尼亚州匹兹堡大学神经生物学家June Chen依然对这项发现抱有很大期望,认为它或有助于形成治疗线粒体功能性障碍疾病的新疗法。例如,帕金森症就是一种与线粒体功能异常相关的神经退行性疾病,大脑某些区域分泌多巴胺的神经元大量死亡。他表示,如果研究证明是成功的,那么临床医学家未来有一天或能将健康的线粒体输送给受损却依然有活性的神经元(来源:中国科学报 晋楠)