修复受损神经的新希望
2009-05-26 20:37:00   来源：   作者：  评论：0 点击：

上面3幅图片显示的是线虫离断的神经。轴突——神经细胞的缆索状部分——原来是从顶部延伸到底部，不过现在被激光切断了。每根神经的残端从上到下悬挂着。左图中神经再生基因dlk-1功能正常——这意味着不太妙——因为向上生长的轴突分支太多且缺乏所谓的“生长锥”，所以不会到达主神经（每幅图片中靠近顶部的水平生长部分）。中间图片中再生基因被过度激活，其向上生长时带有一个正常的“生长锥”，且分支也不太多，最终它将到达顶部的主神经。右图中再生基因被破坏了，没有神经轴突的再生，只有顶部和底部的残端。（引自：犹他大学，迈克尔.巴斯蒂尔尼）

科学日报（2009-01-26）——犹他大学的科学家们从线虫中鉴定到了一个对神经细胞损伤后再生有重要作用的基因，如果过度激活此基因将加速神经再生，从而向治愈外伤或疾病导致的神经损伤目标迈进了一步。

很奇怪的是，这个基因及其相关的“信号通路”——一连串的分子事件——在胚胎期正常的神经发育中不是必需的，研究人员在1月22日的科学快报（《科学》杂志的在线版）中说道。

“我们发现的这个基因可成为将来药物治疗的标靶，而这将大大提高神经元损伤后再生的能力，”不管是来自外伤还是疾病，生物学教授迈克尔.巴斯蒂尔尼说道，他是这个研究小组的主持人，犹他大学大脑研究所的成员。

本研究共同作者、生物学教授Erik Jorgensen是大脑研究所的学术主任，他说：“在将来，我们意欲开发出能激活神经细胞中这一连串分子事件的药物，以刺激病变或损伤的神经细胞再生。现在，我们还不能做到这一点。但本次研究给我们在将来开发出可行的刺激（神经细胞）再生的技术带来了希望。”

“最终，这也可能是治疗脊索损伤的一种途径”，生物学助理研究员、也是本研究共同作者的Paola Nix补充道。

Bastiani说将来能刺激神经再生也将有助于治疗多发性硬化症——一种因丧失髓鞘外衣而导致神经损伤的疾病。

他说本次研究的对象是线虫，“人类也有功能类似的分子，我们发现的信号通路不仅在线虫中能使神经再生，也存在于人类中，我们相信它有同样的作用。”

NIx补充说：“下一步工作就是验证这个基因在其它动物、最终在人类中是否具有同样的作用。”

这一连串分子事件的核心成员是4个基因。最重要的是dlk-1，是一个MAPKKK。当犹他大学的科学家在线虫中“过表达”dlk-1——即比正常情况下活性更高——发现离断的神经再生的速度比预期的高很多，若阻断dlk-1，（离断的）神经不会再生。

本研究的作者还有：Marc Hammarlund（前犹他大学的博士后，现在耶鲁大学）和Linda Hauth（实验室技术员）

本研究最初由Craig H. Neilsen基金会资助，故研究人员将他们的成功献给Neilsen，Neilsen是犹他州人，Ameristar Casinos公司的主席。他因在1985年的车祸中脊索损伤而瘫痪，故资助本项目以期能找到治愈的方法。他已于2006年去世，当时本研究已在进行中。

寻找神经再生基因

神经细胞在胚胎期有再生能力，但成年期后不能再生。大部分神经细胞“再生能力很差或者根本就没有”，研究者写道，尽管外周神经细胞——比如手和腿的——再生能力要强于大脑和脊髓的中枢神经元，但其中的机制没人清楚。

新研究将目光集中到了运动神经元轴突的再生上——轴突是每个神经细胞的缆索状部分，可以将信号传导到其它神经细胞或肌肉。

研究小组开发出一种“遗传筛选”技术来寻找与神经再生有关的基因。他们制造了beta-spectrin基因突变（β-血影蛋白，有助于维持神经细胞的柔韧性）的线虫，这种突变体在培养皿中爬行时其神经会折断。

他们使用RNA干扰技术从线虫20,000基因中挑出5,000个来1次1个的抑制它们的功能，人类也有5,000这样的基因。

“基因被一个一个的挑出来knock-down，然后观察（神经的）再生能力是否丧失，”Nix说。（注：即上述的“genetic screen”）

研究人员之所以能观察到神经是否再生，是因为他们把一个水母基因转入了线虫，这样，线虫的神经细胞会发出绿色的荧光——很容易在显微镜下观察到。

他们发现dlk-1对神经再生很重要，因为每次阻断它，神经再生就会停止。

多种途径可促进神经元再生


在鉴定出dlk-1后，他们也检测了其它基因对神经再生的影响，这样可“画出”参与再生信号通路的基因和蛋白“图”。这条通路的“核心”——包括dlk-1和其它3个基因——“能激活整个再生通路。”Bastiani说。

“其中最酷的要属能我们（发现了）促进再生（的方法），”Nix说。“我们最初是观察到dlk-1这个基因的丢失——会阻止再生。我们在这些突变体中将神经切断，神经没有再生，这些只有神经残端的线虫也不能动。但当我们过表达dlk-1时——即制造出过量的dlk-1蛋白——我们看到（神经）再生加快了。”

Jorgensen——哈佛休斯医学研究所的研究员，他说：“正常情况下，幼年线虫再生能力很强，而老年线虫根本就不能再生。但通过过表达dlk-1，老年线虫的再生能力象幼年线虫一样强。”

研究人员发现的在神经再生中起重要作用的通路属于著名的“MAPK信号通路”。各种MAP激酶在细胞分裂、应激反应和细胞特化中起作用，Jorgensen说道。

此次研究中发现的信号通路“很特殊，它在正常的胚胎期神经系统发育中不发挥作用，然而在神经再生中是绝对必需的，”Bastiani说道。“我们大多数人都以为参与再生的基因也会参与发育，所以这很让我们感到意外。”

他说，既然dlk-1可以很明显的成为设计刺激神经再生药物的标靶，那么该信号通路中其它的基因也是潜在的标靶。

以前的希望破灭敦促我们要更谨慎

Bastiani和Jorgensen说，这次的新发现的前途特别诱人，因为另外一种刺激再生的方法失败了。

大约20年以前，其它研究人员在神经胶质细胞（大脑中对神经元起支撑、营养作用）中发现了一些分子能抑制成年个体的神经细胞再生。

“科学家们多年来一直希望通过清除这些抑制神经再生的分子来刺激神经再生，”Jorgensen说。“但到目前为止，用这种策略处理的小鼠仅显示了神经细胞再生能力轻微的增高。”Bastiani说。

然而，利用本次研究成果开发出来的治疗策略也可能存在阻碍。要启动再生，DLK-1蛋白（dlk-1基因编码的蛋白产物）“必须在损伤时才起作用，”Bastiani说。“这将是真正的大问题，因为，作为药物标靶，需要一个时间窗，这样在脊髓损伤后就必须立即激活这条信号通路来刺激再生。”

如果线虫和其它动物都有象dlk-1这样能促进神经再生的基因，为何这些基因正常情况下是失活或仅有稍微的活性呢？

“你可能会质疑在再生能力与维护、稳定之间存在权衡的情况，”Bastiani说。“你我权衡的结果是我们希望记忆能持续终生，”这样，我们大脑中神经元的稳定才是所需要的，而不是神经元大量的发生转换和再生。“权衡的结果就是你失去强劲再生的能力。”