科学家发现脊髓神经机制带来的惊人记忆能力

科学家发现脊髓神经机制带来的惊人记忆能力 日本理化学研究所脑科学中心的竹冈绫（Aya Takeoka）及其团队确定了脊髓中独立于大脑促进运动学习的神经通路。他们的研究结果发表在4月11日的《科学》（Science）杂志上，研究人员发现了两组关键的脊髓神经元，一组是新的适应性学习所必需的，另一组则是学习后回忆适应性的神经元。这些发现可以帮助科学家开发出帮助脊髓损伤后运动恢复的方法。科学家们早就知道，即使没有大脑，脊髓的运动输出也可以通过练习进行调整。这一点在无头昆虫身上得到了最显著的体现，它们的腿仍然可以通过训练来避开外界的提示。到目前为止，还没有人搞清楚这是如何做到的，如果不了解这一点，这种现象就只能是一个怪异的事实。正如武冈解释的那样："如果我们想了解健康人运动自动性的基础，并利用这些知识改善脊髓损伤后的恢复，那么深入了解其潜在机制是至关重要的。在这项研究中，将肢体位置与不愉快经历联系起来的脊髓仅在 10 分钟后就学会了调整肢体位置，并在第二天保留了记忆。而随机接受不愉快经历的脊髓则不会学习。资料来源：理化学研究所在深入研究神经回路之前，研究人员首先开发了一种实验装置，使他们能够在没有大脑输入的情况下研究小鼠脊髓的适应性，包括学习和回忆。每次试验都有一只实验鼠和一只后腿自由悬垂的对照鼠。如果实验鼠的后腿下垂过多，它就会受到电刺激，模仿小鼠想要避免的动作。对照组小鼠在同一时间接受同样的刺激，但与自己的后腿位置无关。即时学习和记忆保持观察仅仅过了 10 分钟，他们就观察到只有实验小鼠进行了运动学习；它们的腿仍然高高抬起，避免了任何电刺激。这一结果表明，脊髓可以将不愉快的感觉与腿部位置联系起来，并调整其运动输出，使腿部避免不愉快的感觉，而这一切都不需要大脑。24 小时后，他们重复了 10 分钟的测试，但将实验小鼠和对照组小鼠颠倒过来。原来的实验小鼠仍然保持着抬腿的姿势，这表明脊髓保留了对过去经历的记忆，从而干扰了新的学习。在脊髓中建立了即时学习和记忆之后，研究小组开始研究使这两种学习和记忆成为可能的神经回路。他们使用了六种类型的转基因小鼠，每种小鼠都有一组不同的脊髓神经元被禁用，并对它们进行了运动学习和学习逆转的测试。他们发现，脊髓顶端的神经元失效后，小鼠后肢无法适应以避免电击，尤其是那些表达Ptf1a基因的神经元。当他们在学习逆转过程中对小鼠进行检查时，发现沉默表达 Ptf1a 的神经元没有任何效果。相反，脊髓底部腹侧的一组表达En1基因的神经元却起了关键作用。当这些神经元在学习回避的第二天被沉默时，脊髓就像从未学习过任何东西一样。研究人员还在第二天通过重复最初的学习条件来评估记忆回忆。他们发现，在野生型小鼠中，后肢比第一天更快稳定地到达回避位置，这表明它们已经记住了。在回忆过程中激发En1神经元可将这一速度提高80%，表明运动回忆能力增强。竹冈说："这些结果不仅挑战了运动学习和记忆仅局限于大脑回路的普遍观点，而且我们还证明了我们可以操纵脊髓运动记忆，这对旨在改善脊髓损伤后恢复的疗法具有重要意义。" ... PC版： 手机版：

科学家找到女性不孕的关键原因

科学家找到女性不孕的关键原因 多达 3.7% 的女性会因此而不孕，其中约 30% 的病例是由于基因变异造成的。参与领导这项研究的中国清华大学纪家葵教授多年来一直在研究这种病症。"2019年，我们的合作者李教授团队遇到了一个卵巢早衰的家庭，其中一个名为Eif4enif1的基因的变化似乎是该病的罪魁祸首，"纪教授说。研究人员决定在小鼠体内复制这种基因变化，试图了解它是如何影响人类不孕症的。他们的研究表明，这些小鼠的卵子受到线粒体细胞的动力室变化的影响，并将他们的新发现发表在《发育》杂志上。研究人员使用CRISPR技术在小鼠体内引入基因改变。他们让这些小鼠长大，然后将它们的生育能力与DNA未被编辑的小鼠的生育能力进行比较。该研究的第一作者、医学博士/博士生丁玉玺（Yuxi Ding，音译）发现，经过基因编辑的老龄小鼠的总卵泡（含有发育中卵子的小囊）平均数量减少了约40%（每窝幼鼠的平均数量减少了33%）。重要的是，当小鼠在培养皿中生长时，约有一半的受精卵无法存活到发育的早期阶段。这表明，与人类患者一样，这些小鼠也遇到了生育问题。当研究人员在显微镜下研究这些小鼠的卵子时，他们注意到它们的线粒体有些不同寻常。线粒体产生细胞（包括卵细胞）所需的能量。线粒体通常均匀地分布在整个卵子中，但具有基因变异的小鼠卵子中的线粒体却聚集在一起。纪教授说："实际上，我们对线粒体的差异感到惊讶。在我们做这项研究的时候，Eif4enif1和线粒体之间的联系还没有被发现过"。看来，这些行为不正常的线粒体很可能是造成这些小鼠生育问题的原因，因此研究人员提出，恢复线粒体的正常行为可能会改善生育能力。这项研究为今后人类不孕症的研究提供了方向，例如确定卵巢早衰患者的卵子中是否也存在线粒体缺陷，以及卵子受精后胚胎中是否也存在这些线粒体缺陷。此外，测试恢复线粒体的正常分布是否能提高生育能力也可能成为一种新的治疗策略。纪教授说："我们的研究表明，挽救卵细胞线粒体异常可能成为临床不孕症遗传变异患者的潜在治疗目标。"该研究得到了国家自然科学基金、首都医科大学杰出青年人才项目、中华人民共和国科学技术部和北京医院管理局青年项目的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家通过简单的声光治疗清除化疗脑雾

科学家通过简单的声光治疗清除化疗脑雾 化疗是我们治疗许多癌症的最佳方法之一，但不幸的是，化疗的影响遍及全身，包括大脑。患者经常会出现"脑雾"，即记忆力、注意力和决策能力出现问题，影响他们的思维和行为。虽然化疗结束后这种症状通常会消失，但在几个月内，它可能会对日常生活造成令人沮丧的干扰。但是，麻省理工学院（MIT）研究人员的一项新研究可能发现了一种相当简单的治疗方法，可以消除这些不良影响，最重要的是，它比化疗本身的创伤性更小。你所要做的就是每天看一些闪烁的灯光，听一些声音。研究小组之前的研究发现，以 40 赫兹的频率闪烁的灯光和相同音调的声音可以刺激大脑产生更多的伽马振荡。这些脑电波的频率在 25 赫兹到 80 赫兹之间，会在高度警觉时产生，有助于集中注意力。由于阿尔茨海默氏症患者似乎在这些伽马波方面存在问题，麻省理工学院的研究小组想知道这是否能成为一种简单的治疗方法来改善他们的症状。果然，在小鼠身上进行的实验表明，光和声音治疗后，炎症减轻了，被认为会导致神经退化的有毒蛋白质水平降低了，认知测试也有所改善。在新的研究中，麻省理工学院的研究人员将注意力转向了另一种疾病化疗脑。研究小组在患有化疗脑病的小鼠身上测试了这种疗法，让它们连续五天服用普通化疗药物顺铂，然后停药五天，再服药五天，模仿人类的剂量制度。一些小鼠接受了"伽马疗法"，每天暴露在40赫兹的光和声中一小时，而对照组则只接受化疗。三周后，对照组小鼠出现了许多已知的化疗对大脑的影响，包括脑容量变小、DNA损伤、炎症以及神经元周围的保护膜髓鞘受损。产生髓鞘的脑细胞（称为少突胶质细胞）数量也减少了。然而，在化疗期间每天接受伽马射线治疗的小鼠，所有这些症状都明显减轻。它们在测量动物记忆力和执行功能的测试中也表现得更好。研究人员在分析基因表达时发现，接受伽马疗法的小鼠体内与炎症和细胞死亡有关的基因受到了抑制。"这种治疗方法可以减少DNA损伤，减轻炎症，增加少突胶质细胞的数量，而少突胶质细胞是产生轴突周围髓鞘的细胞，"该研究的资深作者Li-Huei Tsai说。"我们还发现，这种治疗方法改善了动物的学习和记忆，增强了动物的执行功能。"研究发现，伽马疗法的益处至少部分持续到治疗后的四个月。研究发现，伽马疗法如果与化疗同时进行，效果会更好，而不是在化疗后才开始。后续研究发现，接受另一种化疗药物甲氨蝶呤治疗的小鼠也有类似的积极效果。虽然小鼠试验是通过脑部植入物直接向神经元传递光和声，但之前针对阿尔茨海默氏症的人体试验表明，只需使用同步屏幕和扬声器设置，就能取得类似的疗效。如果成功，这将成为对人类患者进行化疗的标准配置，从而减少救命治疗带来的不适。研究小组还计划对帕金森病和多发性硬化症等其他神经系统疾病进行伽马疗法试验。针对人类阿尔茨海默病患者的临床试验已经开始。这项研究发表在《科学转化医学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家发现 COVID-19 如何暗中损害心脏 带来严重健康后果

科学家发现 COVID-19 如何暗中损害心脏 带来严重健康后果 不过，研究人员说，这些发现可能与心脏以外的器官有关，也可能与SARS-CoV-2以外的病毒有关。科学家们早就知道 COVID-19 会增加心脏病发作、中风和长 COVID 的风险，而之前的成像研究也表明，50% 以上的 COVID-19 感染者的心脏会出现一些炎症或损伤。科学家们不知道的是，这种损害是因为病毒感染了心脏组织本身，还是因为人体对病毒的免疫反应引发了全身炎症。美国国立卫生研究院下属的国家心肺血液研究所（NHLBI）基础与早期转化研究项目副主任米歇尔-奥利弗博士说："这是一个关键问题，找到答案将使我们对这种严重肺损伤与可能导致心血管并发症的炎症之间的联系有一个全新的认识。研究还表明，通过治疗抑制炎症可能有助于最大限度地减少这些并发症。"为了得出结论，研究人员重点研究了被称为心脏巨噬细胞的免疫细胞，这些细胞通常在保持组织健康方面发挥着关键作用，但在心脏病发作或心力衰竭等损伤时会变成炎性细胞。研究人员分析了21名死于SARS-CoV-2相关ARDS的患者的心脏组织标本，并与33名死于非COVID-19原因的患者的标本进行了比较。他们还用 SARS-CoV-2 感染了小鼠，以观察巨噬细胞在感染后发生了什么变化。在人类和小鼠身上，他们发现 SARS-CoV-2 感染增加了心脏巨噬细胞的总数，也使它们改变了正常的作息规律，变得具有炎症性。该研究的资深作者、哈佛医学院放射学教授、医学博士马蒂亚斯-纳伦多夫（Matthias Nahrendorf）说，当巨噬细胞不再从事正常工作（包括维持心脏的新陈代谢和清除有害细菌或其他外来物质）时，它们就会削弱心脏和身体的其他部分。研究人员随后设计了一项小鼠研究，以检验他们观察到的反应是由于 SARS-CoV-2 直接感染了心脏，还是由于肺部的 SARS-CoV-2 感染严重到足以使心脏巨噬细胞更加炎症。这项研究模拟了肺部炎症信号，但没有实际的病毒存在。结果是：即使在没有病毒的情况下，小鼠也能表现出足够强的免疫反应，产生与研究人员在死于 COVID-19 的病人和感染了 SARS-CoV-2 的小鼠身上观察到的相同的心脏巨噬细胞转移。纳伦多夫说："这项研究表明，COVID感染后，免疫系统会引发全身严重炎症，从而对其他器官造成远程损害这还不包括病毒本身直接对肺组织造成的损害。这些发现也可以更广泛地应用，因为我们的研究结果表明，任何严重的感染都会给全身带来冲击。"研究小组还发现，用中和抗体阻断小鼠的免疫反应可以阻止炎性心脏巨噬细胞的流动，保护心脏功能。虽然他们还没有在人体中进行试验，但这样的治疗方法可以作为一种预防措施，帮助COVID-19患者或那些可能因SARS-CoV-2相关ARDS而导致更严重后果的人。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用 pH 诱导靶向癌细胞

科学家利用 pH 诱导靶向癌细胞 如何让纳米机器人精确识别和杀死癌细胞？根据发表在《nature nanotechnology》的一项研究，瑞典卡罗琳学院(Karolinska Institutet)的研究人员描述了一种刺激响应机器人开关纳米装置，能根据 pH 触发。当 pH 6.5 时释放死亡受体（death receptors）导致癌细胞死亡，pH 7.4 时保持惰性。对携带人类乳腺癌异种移植物的小鼠实验显示，该纳米装置导致癌症生长减少最多 70%。 via Solidot

科学家发现一种能使骨质翻倍的新激素

科学家发现一种能使骨质翻倍的新激素 加州大学旧金山分校和加州大学戴维斯分校的研究人员解开了一个由来已久的谜团，即母乳喂养的妇女如何在因分泌乳汁而流失钙质的情况下仍能保持强健的骨骼。一种新发现的激素能使哺乳期妇女的骨骼保持强壮，这种激素还能帮助骨折愈合并治疗更多人群的骨质疏松症。加州大学旧金山分校和加州大学戴维斯分校的研究人员发现，在小鼠体内，被称为母体脑激素（CCN3）的荷尔蒙能增加骨密度和强度。他们的研究结果发表在《自然》（Nature）杂志上，解决了一个长期存在的难题，即在母乳喂养期间，即使骨骼中的钙被剥离以支持乳汁分泌，妇女的骨骼仍能保持相对强健。新论文的资深作者、加州大学旧金山分校细胞分子药理学教授霍利-英格拉哈姆（Holly Ingraham）博士说："这些发现的一个显著特点是，如果我们没有对雌性小鼠进行研究（不幸的是，这是生物医学研究的常态），那么我们就可能完全错过这一发现。这凸显了研究雌雄动物的整个生命周期对于全面了解生物学是多么重要。"全世界有 2 亿多人患有骨质疏松症，这是一种严重的骨骼衰弱，可导致频繁骨折。女性绝经后患骨质疏松症的风险尤其高，因为性激素雌激素水平下降，而雌激素通常能促进骨骼的形成。哺乳期的雌激素水平也很低，但这一时期骨质疏松症和骨折却更少见，这表明促进骨骼生长的除了雌激素，还有其他因素。英格拉哈姆的实验室以前曾发现，在雌性小鼠体内，而不是雄性小鼠体内，阻断大脑一小块区域内特定神经元中的一种特殊雌激素受体，会导致骨量大幅增加。他们怀疑是血液中的一种荷尔蒙导致了超强的骨骼，但当时却找不到这种荷尔蒙。在这项新研究中，英格拉哈姆及其合作者对这种造骨激素进行了详尽的搜索，最终确定CCN3是导致雌性突变的因素。最初，研究小组对这一结果感到惊讶，因为CCN3并不符合神经元分泌激素的典型特征。当他们在哺乳期雌性小鼠的同一脑区发现CCN3后，他们的疑虑消失了。如果这些特定神经元不产生CCN3，哺乳期雌性小鼠的骨质就会迅速流失，其婴儿的体重也会开始下降，这证实了这种激素在哺乳期维持骨骼健康的重要性。基于这一发现，他们现在将CCN3称为母体脑激素（MBH）。当对年轻成年和老年雌性或雄性小鼠实施增加循环CCN3的策略时，它们的骨量和骨强度在数周内大幅增加。在一些完全缺乏雌激素或非常年老的雌性小鼠中，CCN3能使骨量增加一倍以上。当英格拉汉姆的科学合作者、加州大学戴维斯分校的托马斯-安布罗西博士对这些骨头进行测试时，他对这些骨头的强度感到惊讶。他解释说："在某些情况下，高矿化度的骨骼并不是更好；它们可能更脆弱，实际上更容易断裂。但当我们对这些骨骼进行测试时，发现它们比通常的骨骼要坚固得多。"安布罗西仔细观察了骨骼中负责生成新骨的干细胞，发现当这些细胞接触CCN3时，它们更容易生成新的骨细胞。为了测试这种激素帮助骨骼愈合的能力，研究人员制作了一种水凝胶贴片，可以直接贴在骨折部位，在两周内缓慢释放CCN3。在老年小鼠身上，骨折通常愈合得不好。然而，CCN3贴片刺激了骨折部位新骨的形成，有助于骨折的年轻愈合。Ambrosi说："我们从未能通过任何其他策略实现这种矿化和愈合效果。很高兴能继续跟进，并将CCN3应用于其他问题，如软骨再生。"研究人员计划今后就CCN3的分子机制、母乳喂养妇女体内的CCN3水平以及这种激素治疗各种骨骼疾病的潜力开展研究。第一作者之一、加州大学旧金山分校内分泌学部指导医师兼科学家穆里尔-巴贝（Muriel Babey）博士热切希望了解CCN3在临床相关疾病中如何影响骨代谢。威廉-克劳斯（William Krause）博士是一名资深科学家，也是该项目的共同负责人，他将与加州大学旧金山分校催化剂项目合作，开始转化这些新成果。英格拉哈姆说："骨质流失不仅发生在绝经后的妇女身上，而且经常发生在服用某些激素阻断剂的乳腺癌幸存者身上；年轻、训练有素的精英女运动员身上；以及髋部骨折后相对存活率比妇女低的老年男性身上。如果CCN3能在所有这些情况下增加骨量，那将令人无比兴奋。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：