
苏黎世大学研究团队近日在《科学》杂志上发表了一项突破性研究,揭示了成人哺乳动物大脑在遭受局灶性损伤或自身免疫性疾病后,一种前所未知的自我修复机制。这项发现颠覆了长期以来关于成人胶质网络再生能力有限的传统认知,为创伤性脑损伤和自身免疫性疾病的治疗开辟了新途径。
胶质细胞是脑内的支持和滋养细胞,其中星形胶质细胞因其星状形态而得名,对神经元的正常功能至关重要。它们负责向神经细胞供应营养、调节血流量,并维持脑组织的整体健康。长期以来,科学界普遍认为,当星形胶质细胞因脑损伤或自身免疫性疾病(如罕见的视神经脊髓炎谱系疾病,NMOSD,该病中自身抗体选择性破坏星形胶质细胞)而大量损失时,成人大脑无法完全替换这些细胞。
然而,由苏黎世大学药理学与毒理学研究所的Bruno Weber教授领导,Marina Herwerth和Matthias Wyss共同主导的研究团队,通过对活体小鼠大脑的深入观察,识别出了一类特殊的“再生性”星形胶质细胞。这些细胞位于损伤区域的边缘,肩负着重建受损细胞网络的重任。
Weber教授解释道:“我们的研究发现揭示了成人大脑一种前所未有的自我修复能力,为支持星形胶质细胞损失相关疾病的恢复指明了新方向。” 团队观察到,这些再生性星形胶质细胞并非仅仅在损伤部位进行经典的细胞体分裂,而是展现出一种惊人的能力:它们将新形成的子细胞核通过其星状的细胞延伸结构,进行长距离滑行,迁移至受损区域。这些迁移的细胞核随后在耗竭的损伤区重新定植,重建功能性的星形胶质细胞网络。
为了捕捉这一精细的修复过程,研究人员采用了先进的双光子显微镜技术,对活体小鼠的大脑进行了长达数周的实时观察。同时,他们结合了纵向基因图谱技术,精确识别了在组织修复过程中哪些基因在哪些脑区被激活。这种方法使得他们能够追踪活细胞,观察细胞核在星形胶质细胞分支中的移动,并记录相应的基因表达变化。
这一发现彻底颠覆了关于成人中枢神经系统再生能力有限的传统观念,证明大脑具备替换丢失的星形胶质细胞并恢复受损组织结构的能力。星形胶质细胞执行着多项关键的稳态功能,包括向神经元提供营养、通过其末端足调节血流以及维持细胞外离子平衡,因此其网络的重建对于神经元的存活至关重要。
了解成人脑细胞核如何通过星形胶质细胞的长距离延伸迁移到受损组织,极大地拓展了我们对大脑在特定损伤后如何组织和再生的理解。如果这些机制能够被选择性地激活,将有望更有效地修复受损脑组织,恢复星形胶质细胞网络,从而显著改善某些脑部疾病后的康复效果。
Weber教授强调:“我们已经识别出在修复过程中暂时激活的许多基因和信号通路。这些通路未来有望成为药理干预的潜在靶点,以加速脑损伤修复进程。” 这为开发针对创伤性脑损伤和视神经脊髓炎谱系疾病等自身免疫性疾病的创新疗法提供了坚实的科学基础。