如何在大脑中产生新的神经元？

原创 UNIGE 阿尔茨海默病

成人大脑的某些区域含有休眠的神经干细胞，这些干细胞可以被重新激活以形成新的神经元。然而，我们对于神经干细胞从休眠到活跃的转变仍然知之甚少。

日内瓦大学

2023年3月1日消息

由日内瓦大学（University of Geneva，UNIGE）和洛桑大学（University of Lausanne，UNIL）的科学家领导的一个团队发现了细胞代谢在这一过程中的重要性，并确定了如何唤醒这些神经干细胞并重新激活它们。生物学家成功地增加了成年甚至老年小鼠大脑中新生神经元的数量。这些对神经退行性疾病的治疗有希望的研究结果发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。

研究于2023年3月1日发表在《Science Advances》（最新影响因子：14.957）杂志上

干细胞具有独特的能力，能够不断地自我复制并分化出具有更特殊功能的分化细胞。神经干细胞（NSCs）在胚胎发育期间负责构建大脑，产生包括神经元在内的所有中枢神经系统细胞。

神经发生能力随年龄增长而下降

令人惊讶的是，神经干细胞即使在大脑完全形成后仍然存在于特定的大脑区域，并可以在一生中产生新的神经元。这种生物学现象被称为成人神经发生（Adult Neurogenesis），对学习和记忆过程等特定功能很重要。然而，在成人的大脑中，这些干细胞变得更加沉默或“休眠”，降低了它们的更新和分化能力。因此，神经发生随着年龄的增长而显著减少。UNIGE 科学系分子和细胞生物系名誉教授 Jean-Claude Martinou 和 UNIL 生物学和医学系生物医学科学系副教授 Marlen Knobloch 的实验室发现了一种使成人神经干细胞从休眠状态恢复活跃的代谢机制。

“我们发现线粒体，细胞内产生能量的细胞器，参与调节成人神经干细胞的活化水平，” Francesco Petrelli 解释道，他是 UNIL 的研究员，与 Valentina Scandella 共同撰写了这项研究。线粒体丙酮酸转运体（MPC）是 11 年前由 Martinou 教授的团队发现的一种蛋白质复合物，MPC 在这种调节中起着特殊的作用。它的活性影响细胞可以使用的代谢选项。通过了解区分活跃细胞和休眠细胞的代谢通路，科学家可以通过改变休眠细胞的线粒体代谢来唤醒休眠细胞。

齿状回中新产生的神经元（红色）与细胞核（蓝色）和未成熟神经元的标记

新的视角

生物学家通过使用化学抑制剂或产生 Mpc1 基因突变小鼠来阻断 MPC 活性。利用这些药理学和遗传学方法，科学家们能够激活休眠的神经干细胞，从而在成年甚至老年小鼠的大脑中生成新的神经元。“我们通过这项研究表明，代谢通路的重定向可以直接影响成人神经干细胞的活跃状态，从而产生更多的新神经元，” Knobloch 教授说，她是这项研究的共同主要作者。

“这些结果揭示了细胞代谢在神经发生调节中的作用。从长远来看，这些结果可能会为抑郁症或神经退行性疾病等疾病带来潜在的治疗方法，”该研究的合著者 Jean-Claude Martinou 总结道。

创立于1559年的瑞士日内瓦大学

创立于1537年的瑞士洛桑大学

参考文献

Source：University of Geneva

How to generate new neurons in the brain

Reference：

Francesco Petrelli, Valentina Scandella, Sylvie Montessuit, Nicola Zamboni, Jean-Claude Martinou, Marlen Knobloch. Mitochondrial pyruvate metabolism regulates the activation of quiescent adult neural stem cells. Science Advances, 2023; 9 (9) DOI: 10.1126/sciadv.add5220

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