微小独特的海洋生物揭示神经元的古老起源

微小独特的海洋生物揭示神经元的古老起源H2的共聚焦显微镜下细胞核图像（按深度着色），H2是胎生动物的四个物种之一，该研究的作者为其绘制了细胞图谱。图片来源：SebastianR.Najle/基因调控中心胎生动物是一种微小的动物，大约只有一粒大沙粒大小，在温暖的浅海中以生活在岩石表面和其他基质上的藻类和微生物为食。这种形似圆球和薄饼的生物非常简单，没有任何身体部位或器官。这些动物被认为是在大约8亿年前首次出现在地球上，是与栉水母纲（Ctenophora）、多孔纲（Porifera）、腔肠纲（Cnidaria）（珊瑚、海葵和水母）和双鞭毛目（Bilateria）（所有其他动物）并列的五大动物门类之一。这些海洋生物通过肽能细胞协调自己的行为，肽能细胞是一种特殊类型的细胞，能释放小肽来指挥动物的运动或进食。在对这些细胞起源的好奇心驱使下，这项研究的作者们采用了一系列分子技术和计算模型，以了解胎生动物细胞类型是如何进化的，并拼凑出我们远古祖先的外观和功能。重建远古细胞类型研究人员首先绘制了一张所有不同胎生动物细胞类型的地图，标注了它们在四个不同物种中的特征。每种细胞类型都有特定的作用，这些作用来自于特定的基因组。这些地图或"细胞图谱"让研究人员能够绘制出这些基因的集群或"模块"。然后，他们绘制了控制这些基因模块的DNA调控区域图，从而清楚地显示了每个细胞的作用以及它们是如何协同工作的。最后，他们进行了跨物种比较，重建了细胞类型的进化过程。在显微镜下观察毛鳞虫H2标本的延时视频。资料来源：SebastianR.Najle/CentrodeRegulaciónGenómica研究表明，胎生动物的九种主要细胞类型似乎是由许多"中间"细胞类型连接起来的，它们从一种类型转变为另一种类型。这些细胞不断生长和分裂，维持着动物移动和进食所需的细胞类型的微妙平衡。研究人员还发现了14种不同类型的肽能细胞，但这些细胞与所有其他细胞都不同，没有显示出任何中间类型，也没有任何生长或分裂的迹象。令人惊讶的是，肽能细胞与神经元有许多相似之处--这种细胞类型直到数百万年后才出现在更高级的动物体内，如双毛目动物。跨物种分析表明，这些相似之处是胎生动物所独有的，并没有出现在海绵或栉水母等其他早期分支动物身上。进化的垫脚石肽能细胞与神经元之间的相似性体现在三个方面。首先，研究人员发现，这些胎生动物细胞是通过发育信号从原生上皮细胞群中分化出来的，这种信号类似于网虫和双足纲动物的神经发生过程，即新神经元的形成过程。其次，他们发现肽能细胞具有许多基因模块，这些模块是构建神经元中能够发出信息的部分（突触前支架）所必需的。然而，这些细胞远非真正的神经元，因为它们缺乏神经元信息接收端（突触后）的组件或传导电信号所需的组件。最后，作者利用深度学习技术表明，胎生动物细胞类型之间的交流是通过细胞内的一个系统进行的，在这个系统中，被称为GPCR（G-蛋白偶联受体）的特定蛋白质会检测到外部信号，并在细胞内启动一系列反应。这些外部信号由神经肽介导，神经肽是神经元在许多不同生理过程中使用的化学信使。这项研究的共同第一作者、基因组调控中心博士后研究员塞巴斯蒂安-纳伊尔（SebastiánR.Najle）博士说："我们对这些相似之处感到震惊。胎生动物的肽能细胞与原始神经细胞有许多相似之处，尽管它们还没有达到那种程度。这就像是在看一块进化的垫脚石。"神经元的曙光这项研究表明，8亿年前，在远古地球浅海中吃草的祖先动物中，神经元的构件正在形成。从进化的角度来看，早期的神经元最初可能类似于今天胎生动物的肽能分泌细胞。这些细胞利用神经肽进行交流，但最终获得了新的基因模块，使细胞能够创建突触后支架，形成轴突和树突，并创建产生快速电信号的离子通道--这些创新对于胎生动物祖先首次出现在地球上后约一亿年神经元的出现至关重要。然而，神经系统的完整进化故事仍有待考证。据认为，第一个现代神经元起源于大约6.5亿年前的刺胞动物和两栖动物的共同祖先。然而，栉水母中也存在类似神经元的细胞，尽管它们在结构上有很大差异，而且缺乏现代神经元中大多数基因的表达。胎生动物细胞中存在其中一些神经元基因，而栉孔动物中却没有，这引发了有关神经元进化轨迹的新问题。"胎生动物缺乏神经元，但我们现在发现它们与我们的神经细胞有着惊人的分子相似性。栉水母有神经网，与我们的神经网有关键的不同之处，也有相似之处。神经元是一次进化然后分化，还是不止一次并行进化？它们是马赛克吗，每一块都有不同的起源？这些都是有待解决的悬而未决的问题"，该研究的共同第一作者、基因组调控中心博士后研究员泽维尔-格劳-博韦（XavierGrau-Bové）博士说。该研究的作者相信，随着世界各地的研究人员继续对不同物种的高质量基因组进行测序，神经元的起源和其他细胞类型的进化将变得越来越清晰。"细胞是生命的基本单位，因此了解细胞如何产生或随时间发生变化是解释生命进化故事的关键。胎生动物、栉水母、海绵和其他非传统模式动物蕴藏着我们刚刚开始揭开的秘密，"该研究的通讯作者、基因组调控中心初级组组长、ICREA研究教授ArnauSebé-Pedros总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385699.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385699.htm

港大医学院研发转化脑神经干细胞 有助治疗衰老疾病

#港闻【Now新闻台】港大医学院研发快捷方法，将血液和皮肤细胞转化为脑神经干细胞，治疗衰老疾病。要获取位于大脑深处的神经元作研究十分困难，港大医学院团队成功将不同年龄小鼠的皮肤细胞，转化为具有脑内细胞特征的脑神经干细胞，进一步改良诱导方法应用于人类细胞，并成功将来自人类捐赠者的血细胞诱导为脑神经干细胞。这些脑神经干细胞有助研究和治疗衰老相关疾病，例如阿兹海默症、柏金逊症及渐冻人症等，团队下一步会研究将老年人血细胞产生脑神经细胞。

人类干细胞被用来制造新型生物混合神经植入物

人类干细胞被用来制造新型生物混合神经植入物两者都试图通过绕过受伤部位与现有的神经细胞相互作用，或通过用新的细胞替换受损的细胞，来恢复瘫痪或截肢的功能。然而，这也是有缺点的。就替换受损细胞而言，移植的神经元可能难以建立功能连接。如果没有健康的工作细胞与之对接，电极就不能有效地工作，这通常是由于受伤部位的疤痕组织堆积造成的。此外，目前的神经技术缺乏与负责执行不同功能的不同类型神经元对接的能力。这些问题的一个潜在答案在于生物混合装置，它将人类干细胞与生物电子学结合起来，创造一个更有效的神经接口。现在，剑桥大学的研究人员已经做到了这一点，创造了一个突破性的新生物混合装置，可以与身体组织整合。该设备的关键成分是诱导多能干细胞（iPSCs），即成人细胞--通常是皮肤或血细胞--在实验室中被重新编程，变得像胚胎干细胞，可以发育成任何其他类型的细胞。研究人员用iPSCs创建了肌细胞，即构成骨骼肌的细胞。这是第一次以这种方式将iPSCs用于生物体内。iPSCs被排列在微电极阵列（MEAs）的网格中，该阵列非常薄，可以吸附在神经末端。这产生了一层肌细胞，位于设备的电极和活体组织之间。研究人员随后将生物混合装置植入大鼠体内进行测试。他们将该设备覆盖细胞的一侧连接到大鼠前腿中被切断的尺神经和正中神经。选择这些神经是因为它们与人类上肢神经的损伤以及相关的精细运动和感觉功能的丧失相近。与对照组相比，研究人员发现，该装置与大鼠的身体融为一体，并防止了疤痕组织的形成。此外，iPSC衍生的细胞在植入后存活了四周，这是细胞首次在这种长时间的实验中存活。该研究的共同作者DamianoBarone博士说："这些细胞给了我们很大程度的控制。我们可以告诉它们如何表现，并在整个实验过程中检查它们。通过将细胞置于电子设备和活体之间，身体看不到电极，只看到细胞，所以不会产生疤痕组织。"四个星期后，研究人员对植入的神经进行了测试，发现它们的行为与正常的神经一样，表明了健康的神经生理学。虽然大鼠没有恢复瘫痪肢体的运动，但该设备可以检测到大脑发送的控制运动的信号。这种新设备可以帮助截肢者，其中的挑战是试图使神经元再生，并重建因受伤或截肢而造成的神经回路损伤。Barone说："例如，如果有人被截去了手臂或腿部，那么神经系统中的所有信号仍然存在，尽管物理上的肢体已经消失。整合假肢，或恢复手臂或腿部的功能，所面临的挑战是从神经中提取信息，并将其送到肢体上，以便恢复功能。"研究人员说他们的设备可以通过与控制运动功能的神经元直接互动来克服这个问题。共同第一作者AmyRochford说："这种界面可以彻底改变我们与技术互动的方式。通过将活体人体细胞与生物电子材料相结合，我们创造了一个能够以更自然和直观的方式与大脑沟通的系统。"与标准的、非干细胞的神经植入物相比，该设备具有优势。它的小尺寸意味着它可以通过微创手术进行植入，而使用实验室生产的干细胞使其具有高度的可扩展性。该研究的共同第一作者AlejandroCarnicer-Lombarte博士说："这项技术代表了一种令人兴奋的神经植入新方法，我们希望它将为有需要的患者开启新的治疗方法。"该设备在用于人体之前还需要进一步的研究和广泛的测试，但它代表了神经植入的一个有希望的发展。研究人员正在努力优化该设备并提高其可扩展性。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350753.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350753.htm

新发现的生物标记物对神经元再生有预测能力

新发现的生物标记物对神经元再生有预测能力神经元是构成我们大脑和脊髓的主要细胞，是受伤后再生最慢的细胞之一，许多神经元无法完全再生。尽管科学家在理解神经元再生方面取得了进展，但仍不清楚为什么有些神经元能够再生而另一些神经元却不能。加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员利用单细胞RNA测序（一种确定单个细胞中哪些基因被激活的方法）发现了一种新的生物标记，可用于预测神经元在受伤后是否会再生。他们在小鼠身上测试了他们的发现，发现该生物标志物在整个神经系统和不同发育阶段的神经元中始终可靠。该研究于2023年10月16日发表在《Neuron》杂志上。“单细胞测序技术正在帮助我们比以往任何时候都更详细地了解神经元的生物学，这项研究确实证明了这种能力，”资深作者、神经科学系教授郑滨海博士说。加州大学圣地亚哥分校医学院。“我们在这里发现的可能只是基于单细胞数据的新一代复杂生物标记物的开始。”研究人员重点关注皮质脊髓束的神经元，这是中枢神经系统的关键部分，有助于控制运动。受伤后，这些神经元是最不可能再生轴突的神经元之一——轴突是神经元用来相互交流的又长又薄的结构。这就是为什么大脑和脊髓损伤如此具有破坏性。神经元（此处以红色和黄色显示）是受伤后再生最慢的细胞之一。在小鼠大脑的这一部分中，黄色神经元正在再生，而红色神经元则无法再生。图片来源：加州大学圣地亚哥分校健康科学第一作者HugoKim博士说：“如果你的手臂或腿部受伤，这些神经可以再生，并且通常可以完全恢复功能，但中枢神经系统的情况并非如此。大多数大脑和脊髓损伤很难恢复，因为这些细胞的再生能力非常有限。”识别生物标志物研究人员利用单细胞RNA测序来分析脊髓损伤小鼠神经元的基因表达。他们利用现有的分子技术鼓励这些神经元再生，但最终，这只对部分细胞有效。这种实验设置使研究人员能够比较再生和非再生神经元的测序数据。此外，通过关注相对较少的细胞（仅超过300个），研究人员能够非常仔细地观察每个细胞。“就像每个人都是不同的一样，每个细胞都有自己独特的生物学特性，”郑说。“探索细胞之间的微小差异可以告诉我们很多关于这些细胞如何工作的信息。”HugoKim博士（左）在郑滨海博士（右）的监督下设计并执行了单细胞RNA测序实验。图片来源：加州大学圣地亚哥分校健康科学研究人员使用计算机算法分析测序数据，确定了一种独特的基因表达模式，可以预测单个神经元在受伤后是否最终会再生。该模式还包括一些以前从未涉及神经元再生的基因。“这就像神经元再生的分子指纹，”郑补充道。验证再生分类器为了验证他们的发现，研究人员在26个已发表的单细胞RNA测序数据集上测试了这种分子指纹（他们将其命名为再生分类器）。这些数据集包括来自神经系统各个部分和不同发育阶段的神经元。研究小组发现，除了少数例外，再生分类器成功预测了单个神经元的再生潜力，并能够重现先前研究中的已知趋势，例如出生后神经元再生的急剧下降。“根据来自完全不同研究领域的多组数据验证结果告诉我们，我们已经发现了有关神经元再生的基础生物学的一些基本知识，”郑说。“我们需要做更多的工作来完善我们的方法，但我认为我们已经发现了一种对所有再生神经元都通用的模式。”虽然小鼠身上的结果很有希望，但研究人员提醒说，目前再生分类器是一种帮助实验室神经科学研究人员的工具，而不是诊所患者的诊断测试。“在临床环境中使用单细胞测序仍然存在很多障碍，例如成本高、分析大量数据困难，以及最重要的是，无法获取感兴趣的组织，”郑说。“目前，我们有兴趣探索如何在临床前环境中使用再生分类器来预测新再生疗法的有效性，并帮助这些疗法更接近临床试验。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391581.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391581.htm

研究：促进神经元的形成可以帮助恢复阿尔茨海默病的记忆

研究：促进神经元的形成可以帮助恢复阿尔茨海默病的记忆科学家们发现，在患有阿尔茨海默病(AD)的小鼠中增加新神经元的生产可以挽救动物的记忆缺陷。该研究显示，新神经元能够融入存储记忆的神经回路并恢复其正常功能。这表明，促进神经元的产生可能是治疗AD患者的可行策略。新神经元是由神经干细胞通过一个被称为神经发生的过程产生。以前的研究表明，AD患者和携带跟AD有关的基因突变的实验室小鼠的神经发生都受到损害。这种损害在大脑中一个叫做海马体的区域尤为严重，该区域对记忆的获取和检索至关重要。伊利诺伊大学芝加哥医学院解剖学和细胞生物学系的OrlyLazarov教授说道：“然而，新形成的神经元在记忆形成中的作用及神经生成的缺陷是否导致与AD相关的认知障碍目前还不清楚。”在新JEM研究中，Lazarov和他的同事们通过基因增强神经元干细胞的生存以促进AD小鼠的神经生成。科学家们删除了在神经元干细胞死亡中起主要作用的基因Bax并最终导致了更多新神经元的成熟。以这种方式增加新神经元的产生恢复了动物的认知能力，这在测量空间识别和背景记忆的两种不同测试中得到了证明。通过荧光标记在记忆获取和检索过程中激活的神经元，科学家们发现，在健康小鼠的大脑中，参与存储记忆的神经回路包括许多新形成的神经元和较老、较成熟的神经元。在AD小鼠中，这些储存记忆的回路包含较少的新神经元，但当神经发生增加时，新形成的神经元的整合得到了恢复。对形成记忆储存回路的神经元的进一步分析显示，促进神经发生也会增加树突棘的数量。这些是突触中的结构，已知对记忆的形成至关重要。此外，促进神经生成还能恢复神经元基因的正常表达模式。Lazarov及其同事证实了新形成的神经元对记忆形成的重要性，他们在AD小鼠的大脑中特意使其失活。这逆转了促进神经生成的好处并阻止了动物记忆的任何改善。Lazarov说道：“我们的研究首次表明，海马神经发生的障碍通过减少用于记忆形成的未成熟神经元的可用性，在跟AD相关的记忆缺陷中发挥了作用。综合来看，我们的结果表明，增强神经生成可能对AD患者有治疗价值。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309715.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1309715.htm

将大脑免疫细胞转化为神经元有助于中风后的康复

将大脑免疫细胞转化为神经元有助于中风后的康复中风或其他脑血管疾病导致脑部血流不畅后，神经元要么受损，要么死亡，造成特有的生理和心理缺陷。现在，日本九州大学的研究人员将大脑的主要免疫细胞小胶质细胞转化为神经元，从而恢复了受中风影响的小鼠的运动功能。该研究的通讯作者中岛健一说："当我们被割伤或骨折时，我们的皮肤和骨骼细胞可以复制，从而治愈我们的身体。但我们大脑中的神经元却不容易再生，因此损伤往往是永久性的。因此，我们需要找到新的方法来安置失去的神经元。"研究人员从之前的研究中得知，在健康小鼠的大脑中，小胶质细胞可以被诱导发育成神经元。中风后，负责清除受损或死亡脑细胞的小胶质细胞向受伤部位移动并迅速复制。该研究的第一作者入江隆说："小胶质细胞数量丰富，而且正好位于我们需要它们的地方，因此它们是理想的转化目标。"研究人员通过暂时阻断右侧大脑中动脉诱导小鼠中风，大脑中动脉是大脑中的主要血管，通常与人类中风有关。一周后，研究人员观察到小鼠的运动功能出现障碍，纹状体中的神经元明显减少，而纹状体是大脑中参与决策、行动规划和运动控制的区域。他们使用慢病毒--一种用作病毒载体的亚类逆转录病毒--将DNA插入中风损伤部位的小胶质细胞。DNA中含有产生NeuroD1的指令，NeuroD1是一种诱导神经元转换的蛋白质。在随后的几周里，这些细胞发育成了神经元。在小胶质细胞中产生NeuroD1蛋白可诱导它们发育成神经元（红色），减少神经元缺失区域（暗斑）。DNA植入三周后，小鼠的运动功能得到改善。到八周时，新诱导的神经元已成功融入大脑回路。当研究人员移除新神经元时，运动功能的改善消失了，这证实了新神经元对小鼠的康复做出了直接贡献。中岛说："这些结果很有希望。下一步是测试NeuroD1是否也能有效地将人类小胶质细胞转化为神经元，并确认我们将基因插入小胶质细胞的方法是安全的。"由于小鼠是在中风后的急性期接受治疗的，此时小胶质细胞已经迁移到损伤部位，因此研究人员下一步计划观察他们是否能在后期阶段让小鼠产生康复效果。该研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391667.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391667.htm