淺談成體神經(jīng)發(fā)生

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1、淺談成體神經(jīng)發(fā)生前言：按照美國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)所下的定義：“神經(jīng)科學(xué)是為了了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平，細(xì)胞水平及細(xì)胞間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的整合作用而進(jìn)行的研究?！鄙窠?jīng)科學(xué)是進(jìn)展最快的科學(xué)領(lǐng)域之一，相關(guān)的文章如雨后春筍般急劇增多。它試圖在一個(gè)層面上給已知的宇宙間最復(fù)雜的工具——人腦，提供概念上的描述。由于實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)歷而在發(fā)育生物學(xué)方面了解稍多一些，但本次的學(xué)習(xí)活動(dòng)的主題是神經(jīng)生物學(xué)，所以我選擇了發(fā)育方向的神經(jīng)發(fā)生，通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)發(fā)生與人類學(xué)習(xí)和記憶關(guān)系的研究是當(dāng)前熱點(diǎn)之一，于是便選擇其作為本文的內(nèi)容，主要是對(duì)他人研究成果的陳述，同時(shí)附有自

2、己的一些想法和觀點(diǎn)，對(duì)于概念和觀點(diǎn)上的錯(cuò)誤與偏頗，請(qǐng)老師予以批評(píng)和指正。已得到公認(rèn)的是，成體神經(jīng)干細(xì)胞增殖與分化從而產(chǎn)生新的神經(jīng)元，這一發(fā)育現(xiàn)象在成體哺乳動(dòng)物大腦中是始終存在的。所以我們可以說成體大腦是具有可塑性的，那么發(fā)育成熟的神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)行為的控制以及在認(rèn)知能力和記憶上的積累是否與這種可塑性相關(guān)呢？為了保證神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)各種環(huán)境條件時(shí)對(duì)行為控制的靈活性，機(jī)體內(nèi)形態(tài)和生理上的變化發(fā)生在諸多層面，包括細(xì)胞水平上的。在成體大腦的兩個(gè)區(qū)域內(nèi)——嗅球和齒狀回——新的神經(jīng)元不斷產(chǎn)生并整合到正常的功能通路中。研究人員還發(fā)現(xiàn)這一過程是高度可調(diào)的，那么這一可調(diào)性是否意味著在特定

3、環(huán)境下，大腦的表現(xiàn)可以得到優(yōu)化呢？這種可塑性的功能上的好處又究竟是什么呢？讓我們看看當(dāng)前的研究成果是如何回答的。成體大腦的神經(jīng)發(fā)生及其可塑性大腦的可塑性指的是在成長(zhǎng)，學(xué)習(xí)，環(huán)境變化和病理狀態(tài)下，大腦在結(jié)構(gòu)和功能上適應(yīng)性的改變。這些變化發(fā)生在機(jī)體的各個(gè)層面上，從分子到系統(tǒng)，從神經(jīng)元到支持性組織如膠質(zhì)細(xì)胞和血管。在哺乳動(dòng)物大腦的某些區(qū)域（嗅球和齒狀回），新的功能型的神經(jīng)元不斷由神經(jīng)干細(xì)胞產(chǎn)生。由此而產(chǎn)生已有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)新的神經(jīng)元的嵌入勢(shì)必與結(jié)構(gòu)上改變相關(guān)聯(lián)，那么與此相聯(lián)系的功能上的改變和意義就十分令研究人員著迷了。發(fā)育期后的神經(jīng)發(fā)生從甲殼類動(dòng)物到高等的脊椎動(dòng)物，包括

4、鳥類，嚙齒類，靈長(zhǎng)類和人類，都存在，這一生物學(xué)現(xiàn)象是保守的。這種出生后神經(jīng)發(fā)生的程度隨著大腦的復(fù)雜程度遞減，低等的脊椎動(dòng)物如蜥蜴，有再生整個(gè)大腦神經(jīng)元的能力；而哺乳動(dòng)物的神經(jīng)再生則僅僅局限于某些區(qū)域。這種發(fā)育后神經(jīng)發(fā)生程度的差異可能來自于不同的生存策略，不同的生物在有新生神經(jīng)元可能帶來的益處和與原有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整合可能出現(xiàn)問題之間進(jìn)行權(quán)衡。越是復(fù)雜的大腦越容易受到后生組織的影響，在哺乳動(dòng)物中，成體的神經(jīng)發(fā)生就被局限在兩個(gè)區(qū)域——海馬齒狀回的亞粒區(qū)（SGZ）和室下區(qū)（SVZ）。成體SVC區(qū)的神經(jīng)元通過吻側(cè)遷移流遷移至嗅球成為顆粒神經(jīng)元和球旁神經(jīng)元，而SGZ區(qū)的神經(jīng)元

5、則遷移至齒狀回的顆粒細(xì)胞層成為齒狀回顆粒細(xì)胞，新近的研究表明成體大腦中新生神經(jīng)元可以整合到已有神經(jīng)通路并接受功能性信號(hào)輸入。如下圖所展示的是成體大腦中新生神經(jīng)元的三個(gè)成熟階段，重點(diǎn)關(guān)注的細(xì)胞特殊分子標(biāo)記，受體，形態(tài)發(fā)生，突出形成以及電化學(xué)生理特性。得注意的是真正的神經(jīng)元成熟過程并非像展示的那樣是分離的，不連續(xù)的；成熟的時(shí)間點(diǎn)也很可能因細(xì)胞而異。海馬趾（齒狀回）顆粒細(xì)胞（Hippocampalgranulecells）嗅球顆粒細(xì)胞（Olfactorybulbgranulecells）嗅球球旁細(xì)胞（Olfactorybulbperiglomerularcells）

6、此圖展示了成體嚙齒動(dòng)物大腦的神經(jīng)發(fā)生部位（A）箭頭狀和皇冠狀便是神經(jīng)發(fā)生區(qū)域。紅色區(qū)域指示的是成體哺乳動(dòng)物腦中神經(jīng)發(fā)生的胚芽區(qū)域：SGZ和SVZ。(B–E)用BrdU標(biāo)記嗅球（olfactorybulb），吻側(cè)遷移流（rostralmigratorystream),SVZ,和齒狀回。（紅色,BrdU;綠色NeuN.）(FandG)用GFP標(biāo)記SGZ和SVZ.（red,NeuN;green,GFP;blue,DAPI）ColdSpringHarborLaboratoryPress(Zhao,2007).影響這成體大腦神經(jīng)發(fā)生的因素如果只是一個(gè)靜止的，恢復(fù)性的過程

7、，我們就不能將成體神經(jīng)發(fā)生視為具有可塑性，但是像前面提到的，神經(jīng)發(fā)生是高度可調(diào)的，這種高度可調(diào)是在什么內(nèi)外環(huán)境下發(fā)生的呢？究竟是什么因素影響著成體大腦的神經(jīng)發(fā)育呢？干細(xì)胞及其微環(huán)境在這其中充當(dāng)著重要角色。干細(xì)胞持續(xù)性的與其微環(huán)境（niche）相互作用，從生態(tài)角度來看，一個(gè)器官的微環(huán)境就指的是它生長(zhǎng)，發(fā)揮功能時(shí)與其相互作用，相互影響的周圍密集而有限的各種環(huán)境元素。改變神經(jīng)發(fā)生微環(huán)境會(huì)對(duì)器官，組織（如干細(xì)胞）產(chǎn)生巨大的影響，在上面提到的兩個(gè)神經(jīng)發(fā)生部位，神經(jīng)干細(xì)胞的微環(huán)境主要包括星狀膠質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)胞。一般說來，上皮細(xì)胞起著促進(jìn)肝細(xì)胞更新的作用，而星狀細(xì)胞則可以自

8、身構(gòu)建為神經(jīng)元。更令人驚奇的是，神經(jīng)干