步兵軸突 一度被視為神經(jīng)細(xì)胞 成為決策者

就細(xì)胞而言，神經(jīng)元是非常奇怪的。

大多數(shù)其他細(xì)胞是帶有中央細(xì)胞核的球形斑點(diǎn)。然而，神經(jīng)元有各種各樣的野生和穗狀形狀，分支突起從微小的細(xì)胞體向各個(gè)方向萌發(fā)。

不同于他們的兄弟，神經(jīng)元有不同的區(qū)域。細(xì)胞是細(xì)胞核的位置。然后是軸突和樹突，神經(jīng)元的信號(hào)承載和接收部分。它們發(fā)出細(xì)長(zhǎng)的手臂，并與其他神經(jīng)元形成連接，稱為突觸。

現(xiàn)在，由哈佛醫(yī)學(xué)院和哈佛大學(xué)HMS-FAS干細(xì)胞和再生生物學(xué)系的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究表明，神經(jīng)元的某些部分比以前想象的要復(fù)雜得多。

研究小組在1月17日發(fā)表在《自然》雜志上的研究結(jié)果為理解構(gòu)成我們大腦的神經(jīng)細(xì)胞的持續(xù)發(fā)展增加了又一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

在大腦的發(fā)育過程中，神經(jīng)元的投射延伸了很長(zhǎng)的距離——有時(shí)從它們的細(xì)胞核延伸出數(shù)千個(gè)細(xì)胞體寬度——以形成對(duì)大腦功能至關(guān)重要的突觸連接。

這種距離細(xì)胞指揮中心的距離會(huì)不會(huì)給神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)觸角帶來一定程度的獨(dú)立性？神經(jīng)元的軸突不僅僅是信息發(fā)送器，還是從一個(gè)細(xì)胞到另一個(gè)細(xì)胞的神經(jīng)沖動(dòng)？其實(shí)軸突可以自己做決定嗎？

這些都是團(tuán)隊(duì)一直在探索的問題，他們發(fā)現(xiàn)了一些驚喜。

“我們不是第一個(gè)認(rèn)為我們必須擁有自主權(quán)的人，”哈佛醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)家、哈佛大學(xué)干細(xì)胞和再生生物學(xué)教授馬克斯和安妮維恩(Max and Anne Wien)說?！吧L(zhǎng)錐需要幾個(gè)小時(shí)才能向核心發(fā)回信號(hào)，找到‘下一個(gè)命令’，通過在實(shí)驗(yàn)室觀察軸突的生長(zhǎng)情況，可以清楚地看到，即使被切斷與細(xì)胞體的聯(lián)系，生長(zhǎng)錐也能向目標(biāo)移動(dòng)?！?

所有這些觀察促使麥克利斯和他的同事們想知道，當(dāng)連接大腦中極其復(fù)雜的電路時(shí)，不同類型的生長(zhǎng)錐是否可以使用明顯的自主性。

麥克利斯和他的同事開發(fā)了新的實(shí)驗(yàn)和分析方法，使他們能夠跟蹤同一神經(jīng)元不同區(qū)域活動(dòng)的分子足跡。這些方法使研究人員能夠?qū)⑤S突的工作與細(xì)胞體的工作分開，有效地“審計(jì)”大腦發(fā)育過程中每個(gè)人的工作。

最大的驚喜來自回顧神經(jīng)元的生長(zhǎng)錐——軸突觸須的最外端，它發(fā)育成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)突觸。這一部分包含了許多獨(dú)立細(xì)胞的分子機(jī)制，包括參與生長(zhǎng)、代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等的蛋白質(zhì)。

麥克萊斯說，這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了細(xì)胞核和細(xì)胞體是神經(jīng)元控制中心的教條。相反，它提出了一個(gè)更復(fù)雜的決策網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)離中央指揮的半獨(dú)立單位的存在。

他說：“我們的結(jié)果表明，生長(zhǎng)錐可以從外界獲取信息，做出局部信號(hào)決定，在沒有細(xì)胞體的情況下發(fā)揮半自主作用。“這是神經(jīng)元的一種新的思維方式。”

神經(jīng)元的細(xì)胞體傳統(tǒng)上被認(rèn)為是一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)，其軸突像銅線一樣指向突觸。但這項(xiàng)新工作提出了另一種模式。Macklis提出，細(xì)胞體可以像一臺(tái)服務(wù)器，連接到一臺(tái)智能PC上，具有與世界對(duì)接的能力。

此前，想要研究軸突生長(zhǎng)的分子基礎(chǔ)的科學(xué)家必須在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)通?；旌系纳窠?jīng)元群體，這樣他們就可以小心地將軸突從細(xì)胞的其他部分切斷。然而，將神經(jīng)元放在培養(yǎng)皿中會(huì)改變它們的分子含量，使它們不同于大腦本身的神經(jīng)元。此外，這些傳統(tǒng)方法無法將一種特定類型的神經(jīng)元與其他類型的神經(jīng)元分開，因此無法確定是什么使特定的腦回路在正常大腦中如此精確地組裝，以及是什么驅(qū)動(dòng)了疾病中看到的組裝失真。新方法克服了這一障礙，使科學(xué)家能夠直接準(zhǔn)確地分析小鼠大腦中特定類型的神經(jīng)元及其子腔。

Macklis和他的團(tuán)隊(duì)歸巢于所謂的胼胝體投射神經(jīng)元，這些神經(jīng)元連接大腦的兩個(gè)半球并實(shí)現(xiàn)它們之間的交流。為了識(shí)別這些神經(jīng)元的不同亞細(xì)胞部分，研究小組用熒光蛋白基因標(biāo)記了細(xì)胞核或軸突及其生長(zhǎng)錐。接下來，研究人員分離了神經(jīng)細(xì)胞體的軸突生長(zhǎng)錐，并對(duì)各部分的蛋白質(zhì)組和RNA轉(zhuǎn)錄物進(jìn)行了定量和全面的作圖。令他們驚訝的是，生長(zhǎng)錐中含有數(shù)百種獨(dú)特且高度富集的RNA轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)，甚至在細(xì)胞中也沒有檢測(cè)到噪音。

據(jù)研究人員稱，如果在進(jìn)一步的研究中得到證實(shí)，這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)推翻神經(jīng)科學(xué)的長(zhǎng)期教條。

Macklis說：“我們的結(jié)果表明，與腎臟或肝臟細(xì)胞或我們認(rèn)為的大多數(shù)細(xì)胞不同，神經(jīng)元沒有單一的轉(zhuǎn)錄組或蛋白組，而是有多個(gè)亞細(xì)胞定位轉(zhuǎn)錄組和蛋白組。

還有各種其他分子參與細(xì)胞的維持和生長(zhǎng)，人們不希望在生長(zhǎng)錐中看到這些分子。這個(gè)不斷生長(zhǎng)的軸突的分子特征看起來更像是一個(gè)自給自足的細(xì)胞，而不是一根從細(xì)胞核中攜帶信息的銅線。

這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)重塑未來神經(jīng)科學(xué)家接近神經(jīng)系統(tǒng)的方式，并推動(dòng)他們探索軸突，尋找有價(jià)值的線索。

“我們希望我們的方法能夠?yàn)檠芯块_辟一條新的道路，”麥克萊斯說?！按送猓@些探索將對(duì)從神經(jīng)回路形成和神經(jīng)布線以及疾病到神經(jīng)再生的各種過程產(chǎn)生重要的見解。”

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