荷兰神经科学研究所 - KNAW

 

 

a AAV 构建设计示意图。线粒体靶向绿色荧光蛋白（mt-GFP）需要在延伸因子-1α（EF1α）启动子下通过 Cre 重组才能表达。 b PV-Cre; Ai14 或 Rbp4-Cre 小鼠注射 AAV5-EF1a- mt-GFP-DIO。c 在 PV-Cre; Ai14 小鼠中的表达导致 tdTomato 和 mt-GFP 高度重叠。标尺条表示 100 μm。虚线框表示底部插图所描述的区域，比例尺表示 5 μm。d 左图：mt-GFP+快速尖峰 PV+ 篮状细胞（BC）的动作电位示例；右图：来自 PV-Cre、Ai14 或 Rbp4-Cre 小鼠的 mt-GFP+ 细胞的单个动作电位（开始时对齐）。注意 mt-GFP 可观察到的特征性顶端树突。标尺条表示 100 μm。虚线框表示底部插图所描述的区域，比例尺表示 5 μm。f mt-GFP+ L5 PN 的电流钳记录和动作电位序列示例。来源：《自然通讯》（2022 年）。DOI: 10.1038/s41467-022-35350-x

荷兰神经科学研究所的研究人员发现，在我们的大脑中，抑制性脑细胞的能量管理与兴奋性脑细胞的能量管理不同。为什么会这样，这与多发性硬化症有什么联系？

 

脑细胞通过轴突相互连接，轴突是神经元传递电信号的部分。为了有效地传递信号，轴突被髓鞘包裹，这种富含脂质的物质可以提高电脉冲的传导速度。髓鞘的重要性在多发性硬化症（MS）等疾病中显而易见，因为髓鞘被破坏会对大脑功能产生有害影响。

 

由于髓鞘脱落，电信号的传导受到干扰，这也意味着这一过程的能量成本变得更高。

 

细胞类型不同，髓鞘的表现也不同。我们的大脑由兴奋性脑细胞和抑制性脑细胞组成。我们需要这些被称为 "中间神经元 "的抑制细胞来构建大脑中众多电脉冲的交响乐。当刺激性脑细胞在没有制动器的引导下随意活动时，脑细胞之间的交流就会变得不那么精确。因此，中间神经元对我们大脑的高效运作至关重要。

 

研究员科恩-科勒（Koen Kole）和他的导师马腾-科勒（Maarten Kole）所在的团队研究了一种特殊的中间神经元：副发光体细胞（PV cell）。虽然PV细胞只占大脑皮层细胞的一小部分，但它们却能很好地控制周围的脑细胞网络。这主要是因为它们具有广泛的轴突和许多分支。

 

它们的电活动水平也很高。这需要耗费大量能量，但却能确保 PV 细胞有效抑制周围的细胞。值得注意的是，中枢神经髓鞘细胞仅在其轴突的前几个分支被髓鞘包裹，而轴突的大部分都没有被髓鞘包裹。那么，髓鞘在这些细胞中究竟起什么作用呢？

 

髓鞘似乎对脊髓灰质炎细胞很重要。之前对多发性硬化症患者组织进行的研究表明，当髓鞘丢失时，PV 细胞就会死亡。除传导作用外，髓鞘还在滋养细胞方面发挥着重要作用。细胞的能量工厂线粒体可以吸收髓鞘中的营养物质。由于光伏细胞需要消耗大量能量，人们认为这些细胞中的髓鞘可能在支持线粒体产生能量方面发挥着重要作用。

 

与其他细胞类型相反的效果

新研究表明，情况确实如此，这与其他细胞类型截然不同。在兴奋性脑细胞中，线粒体沿轴突均匀分布，但在脊髓灰质炎细胞中，研究小组发现有髓鞘的轴突含有更多线粒体。在实验环境中，当髓鞘减少时，PV 细胞中的线粒体数量会减少，而在兴奋性细胞中，线粒体会变得更多。这就是新发现。

 

在中枢神经鞘细胞中，线粒体的表现与之前文献中已知的其他类型细胞的表现相反。但究竟为什么这些细胞会出现这种情况呢？

 

研究人员科恩-科勒（Koen Kole）说："我们猜测，这与光伏细胞由于高度活跃而对能量的需求极高有关。此外，与其他类型的细胞相比，它们的轴突非常细，这可能会进一步增加它们的能量消耗。因此，光伏细胞可能更依赖于来自髓鞘的外部营养物质"。

 

"下一个重要步骤是更好地了解髓鞘如何影响光伏细胞轴突的能量消耗。中枢视网膜细胞的异常