华裔学者J. Neurosci:保持大脑干细胞供应的关键

脂肪和糖通常不被认为是健康的主食,但是最近科学家们发现,附带有一种糖的生物脂肪,对于保持大脑的干细胞储存,是必不可少的。

神经干细胞最初可以帮助大脑发育,然后使受损脑细胞重新填充到正常细胞更新,也重新填充到创伤或疾病,如头部外伤或中风。

作为衰老过程的一部分,细胞数和活性会降低,但是美国乔治亚摄政大学乔治亚医学院(MCG)的科学家们,正在研究神经干细胞通常是如何被维持的,长期目标是,不管衰老以及疾病,帮助干细胞的供应保持强劲。

相关研究结果发表在最近的《The Journal of Neuroscience》杂志,本文通讯作者是MCG神经学家于宽仁(Robert K. Yu),于博士毕业于台湾东海大学化学系,1967年获得美国伊利诺大学生物及有机化学博士学位,1973年至1988年于美国耶鲁大学任教,1980年获东京大学荣誉医学博士,1988年至2000年担任维吉尼亚州立大学医学院教授。现任乔治亚州医学院分子医学及遗传学研究所所长及教授。他在神经学方面树立了世界性的领导地位,并接连获得无数奖项的肯定。1994年获维吉尼亚州杰出科学奖,这个奖项被誉为“维州诺贝尔奖”,于博士是历来首位获得此殊荣的华裔。

于教授介绍,他们发现,在缺乏含脂质神经节苷脂GD3的糖的小鼠中,神经干细胞自我更新能力明显受损。科学家们把精力集中在通常具有最大神经干细胞供应的脑区:在几个中脑腔下方一个充满脑脊液的区域,称为室管膜下室,以及海马体——学习和记忆的一个主要中心。

于教授说,神经干细胞膜上缺乏神经节苷脂GD3的小鼠,在整个生命过程中,在这些关键区域具有更小的细胞供应,并表现出失去希望的迹象,具有这样一些行为,例如,当置于水中时不积极寻求干的地面。此外,小鼠参与嗅觉的脑区以及形成新记忆的部分海马体的维护受损。这些变化,与衰老或疾病相关,当GD3恢复时,这些变化得以纠正。

本文第一作者、MCG博士后研究人员Jing Wang指出:“我们发现,在整个生命过程中,如果GD3缺失,这些神经干细胞就不能得以维持;即使在一个月大的小鼠当中,它们也大比例的减少。”事实上,通过一个月的生活,有大约60%的供应减少,6个月时——在小鼠当中已经是老年,只剩下少数神经干细胞。

科学家们指出,在健康的年轻小鼠中,GD3非常充足,但是它似乎随着年龄增长而自然地减少。

2013年,于教授和Wang在《PNAS》发表的一项研究表明,GD3是小鼠神经干细胞中的主要神经节苷脂,在那里它与表皮生长因子受体相互作用,也被发现存在于细胞表面。GD3在生长因子信号中发挥重要的作用,反过来,又告诉神经干细胞增殖或死亡。

Wang说:“在正常情况下,生长因子可以使神经干细胞能够产生更多的干细胞。这使我们更好地了解,在我们一生中,我们的神经干细胞群是如何被维持的。我们的长期目标是,利用内源性神经干细胞,修复大脑或脊髓损伤,所以我们需要学习它们是如何增殖的,如何让它们保留在大脑里。”

这两种想法都是乐观的,有一天,操纵生长因子和含糖脂肪的水平,将使我们一生中具有更坚定的神经干细胞供应,虽然使这些物质进入大脑是一种挑战。我们已经知道,至少在大鼠当中,锻炼也可以有所帮助。

于教授说,神经干细胞能够不断地自我更新,至少在理论上是这样。它们能够维持自我的一个稳定供应,以分化为不同类型的脑细胞,这是它们最重要的性能。

接下来他们的研究计划包括:检测其他生长因子和神经节苷脂的作用。