Nature：当遭受损伤时，成体神经元退回到胚胎转录生长状态
来源：本站原创 2020-04-20 16:39
2020年4月20日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校等研究机构的研究人员发现当成体脑细胞遭受损伤时，它们会退回到胚胎状态。他们报道在这种新获得的未成熟状态下，这些脑细胞能够再生出新的连接，而且在适当的条件下，这些连接可能帮助恢复失去的功能。相关研究结果于2020年4月15日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“I
2020年4月20日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校等研究机构的研究人员发现当成体脑细胞遭受损伤时，它们会退回到胚胎状态。他们报道在这种新获得的未成熟状态下，这些脑细胞能够再生出新的连接，而且在适当的条件下，这些连接可能帮助恢复失去的功能。相关研究结果于2020年4月15日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Injured adult neurons regress to an embryonic transcriptional growth state”。
修复大脑和脊髓遭受的损伤可能是医学界最艰巨的挑战。直到最近，这似乎是不可能完成的任务。这项新研究提出了“成体大脑再生的转录路线图”。
论文通讯作者、加州大学圣地亚哥分校医学院神经科学教授、转化神经科学研究所所长Mark Tuszynski博士说，“通过使用现代神经科学、分子遗传学、病毒学和计算能力等一系列极好的工具，我们首次能够鉴定成体脑细胞中的一组完整的基因如何自我重置以进行再生。这使得我们对再生如何在转录水平上发生有了新的基础了解。”
通过使用小鼠模型，Tuszynski及其同事们发现在遭受损伤后，成体大脑中的成熟神经元会退回到胚胎状态。Tuszynski说，“谁会想到呢？仅在20年前，我们才将成人大脑视为静态的、终末分化的、完全建立的和永远不变的。”
但是，美国沙克生物学研究所长、加州大学圣地亚哥分校兼职教授Fred "Rusty" Gage和其他人的研究已发现新的脑细胞在海马体和脑室下区中不断产生，从而在一生当中为这些大脑区域补充新的细胞。
Tuszynski说，“我们的研究进一步强化了这个概念。大脑的自我修复或自我替换能力不仅限于这两个区域。相反，当皮层成体脑细胞受到损伤时，它会（在转录水平上）退回到胚胎皮层神经元。在这种退回的远未成熟的状态下，只要提供一种可以生长的环境，它如今就可以再生轴突。在我看来，这是这项研究最显著的特征，这非常令人震惊。”
为了提供“令人鼓舞的再生环境”，Tuszynski及其同事们研究了受损的神经元在脊髓损伤后的反应。近年来，科学家们极大地提高了利用移植的神经干细胞刺激脊髓损伤修复并恢复丧失功能的可能性，这主要是通过诱导神经元让它们的轴突穿过损伤部位从而将切断的神经重新连接在一起实现的。
比如，去年，由神经科学助理教授Kobi Koffler博士、Tuszynski博士和纳米工程教授Shaochen Chen博士领导的一个多学科团队描述了使用三维打印的植入物促进大鼠脊髓损伤中的神经细胞生长，从而恢复连接和丧失功能。
这项新的研究产生了第二项令人吃惊的发现：在促进神经元生长和修复中，一种必不可少的遗传途径涉及编码亨廷顿蛋白的HTT基因，该基因突变后会导致亨廷顿舞蹈病。亨廷顿舞蹈病是一种破坏性疾病，其特征是大脑中的神经细胞的逐渐破坏。
Tuszynski团队发现这种“再生转录组（regenerative transcriptome）”---皮质脊髓神经元使用的信使RNA（mRNA）分子的集合---由HTT基因维持。在经过基因改造而缺乏HTT基因的小鼠中，脊髓损伤部位中的神经元芽生（sprouting）和再生明显减少。
Tuszynski说，“尽管已经做了很多研究工作来试图了解HTT突变为何会导致疾病，但人们对HTT基因的正常作用了解得很少。我们的研究表明，HTT基因对于促进大脑神经元的修复至关重要。因此，这个基因发生的突变预计会导致成体神经元丧失自我修复的能力。这接着可能导致缓慢的神经元变性，从而最终导致亨廷顿舞蹈病。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Gunnar H. D. Poplawski et al. Injured adult neurons regress to an embryonic transcriptional growth state. Nature, Published online: 15 April 2020, doi:10.1038/s41586-020-2200-5.
2.When damaged, the adult brain repairs itself by going back to the beginning
https://medicalxpress.com/news/2020-04-adult-brain.html
图片来自Nature, doi:10.1038/s41586-020-2200-5。
修复大脑和脊髓遭受的损伤可能是医学界最艰巨的挑战。直到最近，这似乎是不可能完成的任务。这项新研究提出了“成体大脑再生的转录路线图”。
论文通讯作者、加州大学圣地亚哥分校医学院神经科学教授、转化神经科学研究所所长Mark Tuszynski博士说，“通过使用现代神经科学、分子遗传学、病毒学和计算能力等一系列极好的工具，我们首次能够鉴定成体脑细胞中的一组完整的基因如何自我重置以进行再生。这使得我们对再生如何在转录水平上发生有了新的基础了解。”
通过使用小鼠模型，Tuszynski及其同事们发现在遭受损伤后，成体大脑中的成熟神经元会退回到胚胎状态。Tuszynski说，“谁会想到呢？仅在20年前，我们才将成人大脑视为静态的、终末分化的、完全建立的和永远不变的。”
但是，美国沙克生物学研究所长、加州大学圣地亚哥分校兼职教授Fred "Rusty" Gage和其他人的研究已发现新的脑细胞在海马体和脑室下区中不断产生，从而在一生当中为这些大脑区域补充新的细胞。
Tuszynski说，“我们的研究进一步强化了这个概念。大脑的自我修复或自我替换能力不仅限于这两个区域。相反，当皮层成体脑细胞受到损伤时，它会（在转录水平上）退回到胚胎皮层神经元。在这种退回的远未成熟的状态下，只要提供一种可以生长的环境，它如今就可以再生轴突。在我看来，这是这项研究最显著的特征，这非常令人震惊。”
为了提供“令人鼓舞的再生环境”，Tuszynski及其同事们研究了受损的神经元在脊髓损伤后的反应。近年来，科学家们极大地提高了利用移植的神经干细胞刺激脊髓损伤修复并恢复丧失功能的可能性，这主要是通过诱导神经元让它们的轴突穿过损伤部位从而将切断的神经重新连接在一起实现的。
比如，去年，由神经科学助理教授Kobi Koffler博士、Tuszynski博士和纳米工程教授Shaochen Chen博士领导的一个多学科团队描述了使用三维打印的植入物促进大鼠脊髓损伤中的神经细胞生长，从而恢复连接和丧失功能。
这项新的研究产生了第二项令人吃惊的发现：在促进神经元生长和修复中，一种必不可少的遗传途径涉及编码亨廷顿蛋白的HTT基因，该基因突变后会导致亨廷顿舞蹈病。亨廷顿舞蹈病是一种破坏性疾病，其特征是大脑中的神经细胞的逐渐破坏。
Tuszynski团队发现这种“再生转录组（regenerative transcriptome）”---皮质脊髓神经元使用的信使RNA（mRNA）分子的集合---由HTT基因维持。在经过基因改造而缺乏HTT基因的小鼠中，脊髓损伤部位中的神经元芽生（sprouting）和再生明显减少。
Tuszynski说，“尽管已经做了很多研究工作来试图了解HTT突变为何会导致疾病，但人们对HTT基因的正常作用了解得很少。我们的研究表明，HTT基因对于促进大脑神经元的修复至关重要。因此，这个基因发生的突变预计会导致成体神经元丧失自我修复的能力。这接着可能导致缓慢的神经元变性，从而最终导致亨廷顿舞蹈病。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Gunnar H. D. Poplawski et al. Injured adult neurons regress to an embryonic transcriptional growth state. Nature, Published online: 15 April 2020, doi:10.1038/s41586-020-2200-5.
2.When damaged, the adult brain repairs itself by going back to the beginning
https://medicalxpress.com/news/2020-04-adult-brain.html
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