作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2023/10/12 12:33:00
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人脑中发现新型“混合细胞”或撼动神经科学基础

 

沃尔特拉团队发现,大脑中存在介于神经元和神经胶质细胞这两大脑细胞家族之间的“混合细胞”,并将其命名为“谷氨酸能星形胶质细胞”。这种新型细胞也可以通过类似突触的传递方式与其他细胞进行通信。

◎本报记者 张佳欣

就在刚刚过去的9月,意大利神经科学家安德里亚·沃尔特拉宣布在人脑中发现了一种新型细胞。

据沃尔特拉发表在《自然》杂志上的论文所述,这是一种对大脑功能至关重要的新型细胞。这种细胞存在于小鼠和人类大脑的多个区域,在结构和功能上表现出混合性质。此外,这些细胞对记忆以及大脑对运动的控制具有增强作用。

多年来,沃尔特拉一直在向他的学生讲述被誉为“现代神经学之父”的圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔的故事——

1888年,卡哈尔在他位于西班牙巴塞罗那的住所里建立了一个实验室,并开始在显微镜下研究人脑切片。他从附近的医院获得了捐赠的器官。一次,在观察脑切片时,他看到显微镜镜头另一端有一片“千丝万缕的丛林”。

当他深入研究这片“丛林”时,最终提出了“大脑也是由单个细胞所组成的”这一新观点,其中,神经元是思维的“主角”。

如今,沃尔特拉的新发现引起了神经科学界的极大关注。美国《每日科学》网站刊文称,该发现“撼动了神经科学的基础”。

大脑有两大主要细胞家族

构成大脑的两个主要细胞家族是神经元和神经胶质细胞。

卡哈尔发现的“大脑丛林”即神经元的密度出人意料。据西班牙《国家报》报道,只有1.5千克重的大脑中,大约有860亿个神经元(通常被称为灰质)与数万亿个突触相连。此前,科学界普遍认为大脑是一团分散的、物理上相互连接的网络。而卡哈尔则表明,神经元通过“亲吻”突触的方式进行彼此间的交流。

深圳华大生命科学研究院脑科学主任科学家、研究员刘石平告诉科技日报记者,这些突触就像是“通讯站”。

“神经元的主要职责是传递神经信号,包括电信号的生成和传导,以及与其他神经元之间的连接。”刘石平说,“我们所有的有意识或无意识的活动,总体上依赖于神经元对信号的传导和处理,因此神经元也是一种能耗非常高的细胞。”

一般认为,神经元被神经胶质细胞所环绕。神经胶质细胞具备多重功能,包括维护神经元的化学环境、提供营养物质、支持神经信号传导和处理,以及参与免疫反应等。其中一种神经胶质细胞因其类似星星的形状被命名为星形胶质细胞。

此外,刘石平介绍,大脑中神经元和神经胶质细胞的比例大致为1∶1。除了这两大主要细胞家族,大脑还包含一些其他类型的细胞,如微型胶质细胞等。

新型细胞能与其他细胞通信

此次发现的新型细胞是介于这两个大脑细胞家族之间的混合细胞,它不属于神经元或神经胶质细胞这两个典型类别。

当一个神经元受到电刺激时,它会向与另一个神经元之间的间隙释放谷氨酸等神经递质的化学物质,从而触发电信号到化学信号的突触传递,导致下一个神经元的激活。这种能力被广泛认为是神经元所特有的。

现在,沃尔特拉团队宣布了他们的发现,一些神经胶质细胞实际上也可以通过类似突触的传递方式与其他细胞进行通信。他们将这些新型细胞命名为“谷氨酸能星形胶质细胞”,并称之为“混合细胞”。

刘石平表示,这种细胞不应被称为大脑中的“第三类”细胞家族,准确地说,它属于星形胶质细胞的一个亚群。所谓“混合细胞”,是因为它虽然是一种神经胶质细胞,但却能执行神经元的部分功能。

西班牙马德里卡哈尔研究所的神经科学家梅内德斯·德拉·普里达表示,这种星形胶质细胞亚群具有释放谷氨酸所必需的神经元分子机制的一部分。神经元之间的信息传输速度很快,只需要几毫秒,如果突触传递发生在一连串(多突触)的几个神经元之间,则需要长达几十毫秒。相比之下,星形胶质细胞可能需要几秒钟才能传输信息。这种星形胶质细胞亚群的反应时间低于一秒,这更接近多突触反应。

有望改变对大脑功能的认知

普里达认为,这是“一项超越性的发现”,它将改变我们对大脑功能及相关疾病的理解。

研究表明,这类细胞可调节神经元活动,控制着神经元的交流和兴奋水平。沃尔特拉发表在《自然》杂志上的论文指出,新发现的谷氨酸能星形胶质细胞集中在海马体,这是与记忆有关的大脑区域。

刘石平告诉记者,这次沃尔特拉研究的海马体对于短期和长期记忆形成以及运动控制等功能非常关键。海马体也是阿尔茨海默病初期最易受损的区域之一。因此,这一新发现对于理解阿尔茨海默病等神经退行性疾病具有重要意义。

刘石平特别强调,这项研究暗示大脑中细胞类型的复杂性远超我们之前的认知,并且需借助更多的研究来深入理解这种复杂性。

例如,全面开展“脑图谱计划”来绘制人脑细胞基因表达及其空间分布的特征,进行更为深入的细胞类型研究,包括基因表达和功能研究。这些研究将有助于揭示大脑的复杂性。此外,这些新型胶质细胞可能存在于多个物种中,但其功能可能存在差异。因此,开展跨物种研究对于深入理解这些细胞的起源和演变过程具有重要意义。

 
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