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

科学家新发现与焦虑症和强迫症有关的大脑机制

科学家新发现与焦虑症和强迫症有关的大脑机制研究人员发现，就像游戏控制器上的按钮一样，特定的小胶质细胞群会激活焦虑和OCSD行为，而其他小胶质细胞群则会抑制焦虑和OCSD行为。此外，小胶质细胞还能与神经元交流，从而诱发这些行为。这些发现发表在《分子精神病学》（MolecularPsychiatry）杂志上，最终可能为靶向疗法带来新方法。犹他大学特聘教授马里奥-卡佩奇（MarioCapecchi）博士和NaveenNagajaran博士图片来源：犹他大学健康学院CharlieEhlert诺贝尔奖获得者、犹他大学斯宾塞-福克斯-埃克尔斯医学院人类遗传学杰出教授、本研究的资深作者马里奥-卡佩奇博士说："少量的焦虑是好事。焦虑会激励我们，鞭策我们，给我们额外的动力，告诉我们'我可以'。但大剂量的焦虑会压垮我们。我们会精神麻痹，心跳加快，出汗，头脑中出现混乱。"新发现的机制可能是在正常情况下维持行为在健康范围内的重要因素。卡佩奇说，在病理条件下，这些机制可能会驱动行为，使人变得衰弱。"这项工作是独一无二的，它对目前关于小胶质细胞在大脑中的作用的教条提出了挑战，"该研究的第一作者、美国加州大学洛杉矶分校健康中心的遗传学家和神经科学家纳文-纳加贾兰（NaveenNagajaran）博士说。犹他大学健康学院的科学家们发现了大脑中一种小细胞类型--小胶质细胞--在控制焦虑相关行为中的重要性。这些发现可能会带来新的靶向治疗方法。图片来源：犹他健康大学CharlieEhlert操纵小胶质细胞有类似OCSD行为的小鼠总是忍不住梳理自己。它们会不停地舔自己的身体，以至于皮毛脱落，身上出现伤痕。此前，卡佩奇团队发现，一种名为Hoxb8的基因发生突变，会导致小鼠表现出慢性焦虑症状，并过度梳理自己。出乎意料的是，他们发现这些行为的根源是一种叫做小胶质细胞的免疫细胞。小胶质细胞只占大脑细胞的10%，一直被认为是大脑的"垃圾收集器"，负责处理垂死的神经元（最常见的脑细胞）和形状异常的蛋白质。他们的发现还首次揭示了Hoxb8小胶质细胞通过与特定神经元回路交流来控制行为的重要性。犹他大学特聘教授马里奥-卡佩奇（MarioCapecchi）博士和NaveenNagajaran博士。图片来源：CharlieEhlert，犹他大学健康学院但小胶质细胞如何完成这些任务仍然是个谜。为了了解更多信息，纳加贾兰转向了光遗传学，这是一种结合了激光和基因工程的技术。就像玩电子游戏一样，他用激光刺激大脑中特定的小胶质细胞群。令研究人员惊讶的是，只需按下开关，他们就能开启与焦虑相关的行为。当他们用激光刺激一个亚群--Hoxb8小胶质细胞时，小鼠变得更加焦虑。当激光触发大脑其他部位的Hoxb8小胶质细胞时，小鼠会梳理自己。在另一个位置靶向Hoxb8小胶质细胞会产生多重效果：小鼠的焦虑感增加，它们会梳理自己，而且它们会僵住，这是一种恐惧指标。每当科学家关闭激光，这些行为就会停止。"这让我们大吃一惊，"Nagarajan说。"人们通常认为，只有神经元才能产生行为。目前的研究结果揭示了大脑利用小胶质细胞产生行为的第二种方式。事实上，用激光刺激小胶质细胞会使它们旁边的神经元发出更强的火花，这表明这两种细胞类型会相互交流，从而驱动不同的行为。"进一步的实验揭示了不表达Hoxb8的小胶质细胞群体的另一层控制作用。同时刺激"非Hoxb8"和Hoxb8小胶质细胞可防止焦虑和OCSD类行为的发生。这些结果表明，小胶质细胞的两个种群就像一个制动器和一个加速器。它们在正常情况下相互平衡，而当信号失衡时就会诱发疾病状态。研究表明，小胶质细胞的位置和类型是微调焦虑和OCSD行为的两个重要特征。卡佩奇说，小胶质细胞会与特定的神经元和神经回路进行交流，最终控制行为。"我们希望更多地了解神经元与小胶质细胞之间的双向交流，"他说。"我们想知道是什么造成了这种情况。在小鼠中确定这些相互作用可能会为控制患者过度焦虑找到治疗目标。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372455.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372455.htm

低温如何促进食欲？新发现可能改进减肥疗法

低温如何促进食欲？新发现可能改进减肥疗法斯克里普斯研究所的神经科学家们现在已经找到了低温时导致食欲增加的大脑回路。在最近发表在《自然》（Nature）杂志上的这项新研究中，研究人员确定了一组神经元，它们是小鼠这种与寒冷有关的觅食行为的"开关"。这一发现可能为代谢健康和减肥带来潜在的治疗方法。这项研究的资深作者、斯克里普斯研究中心化学与化学生物学阿比德-生动讲席教授、副教授叶立博士说："这是哺乳动物的一种基本适应机制，未来针对这种机制的治疗可能会增强寒冷或其他形式脂肪燃烧对新陈代谢的益处。"该研究的第一作者是叶实验室博士后助理研究员NeerajLal博士。由于暴露在寒冷环境中会增强能量消耗以保持温暖，冷水浸泡和其他形式的"冷疗法"已被探索作为减肥和改善代谢健康的方法。冷疗法的一个缺点是，人类进化出的对寒冷的反应并不是为了减肥（在前现代频繁的食物匮乏时期，这种效果可能是致命的）。与节食和运动一样，寒冷会增加食欲，从而抵消任何减肥效果。在这项研究中，叶和他的团队试图找出介导这种寒冷引起的食欲增加的大脑回路。剑突核的神经元被寒冷激活（绿色）。其中的一个子集（红色）会促使动物在寒冷中吃得更多。资料来源：斯克里普斯研究所他们首先观察到的现象之一是，随着低温的到来（从华氏73度降到华氏39度），小鼠只有在延迟约六个小时后才会增加寻食量，这表明这种行为变化并不仅仅是冷感的直接结果。研究人员利用全脑清除和光片显微镜技术，比较了整个大脑神经元在寒冷和温暖条件下的活动。很快，他们就发现了一个关键的现象：虽然在寒冷条件下，整个大脑的大部分神经元活动都要低得多，但在一个名为丘脑的区域，部分神经元的激活程度却较高。最终，研究小组锁定了一个名为丘脑中线剑状核的特定神经元群，结果表明，在寒冷条件下，这些神经元的活动在小鼠从寒冷诱发的冬眠中醒来寻找食物之前会激增。当寒冷条件开始时可获得的食物较少时，剑突核的活动增加幅度更大--这表明这些神经元对寒冷引起的能量不足而不是寒冷本身做出了反应。当研究人员人为激活这些神经元时，小鼠增加了寻食活动，但没有增加其他活动。同样，当研究小组抑制这些神经元的活动时，小鼠的寻食行为也会减少。只有在寒冷条件下才会出现这些效应，这意味着低温提供了一个单独的信号，食欲的变化也必须有这个信号。在最后一组实验中，研究小组发现，这些剑突核神经元会投射到一个叫阿库仑核的脑区--该区域因其整合奖赏和厌恶信号以指导行为（包括进食行为）而久负盛名。叶说，这些结果最终可能具有临床意义，因为它们表明有可能阻断通常由寒冷引起的食欲增加，从而使相对简单的寒冷暴露疗法更有效地促进减肥。他说："我们现在的主要目标之一是弄清楚如何将食欲增加与能量消耗增加分离开来。我们还想弄清楚，这种寒冷诱导的食欲增加机制是否是人体用于补偿额外能量消耗（例如运动后）的更广泛机制的一部分。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383129.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383129.htm

神经生物学家发现了压力如何转化为恐惧 以及阻止它的方法

神经生物学家发现了压力如何转化为恐惧以及阻止它的方法发表在《科学》（Science）杂志上的最新研究确定了导致广泛恐惧体验的大脑生物化学和神经回路。图中，神经元显示为青色，逆行追踪器显示为黄色和品红色。资料来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室但是，如果在没有实际威胁的情况下产生恐惧，就会对我们的健康造成危害。那些遭受过严重或危及生命的压力的人，即使在没有实际威胁的情况下，也会产生强烈的恐惧感。这种恐惧的泛化会对心理造成伤害，并可能导致长期的精神疾病，如创伤后应激障碍（PTSD）。在没有威胁的情况下，我们的大脑会产生恐惧感，这种由压力引起的机制一直是个谜。现在，加利福尼亚大学圣迭戈分校的神经生物学家确定了导致这种普遍恐惧体验的大脑生化变化，并绘制了神经回路图。他们的研究发表在《科学》杂志上，为如何预防恐惧反应提供了新的见解。背侧剑突是位于脑干的一个区域，图像中绿色显示的是血清素能神经元，红色显示的是病毒表达的TdTomato蛋白，黄色显示的是共聚焦细胞。加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室。图片来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室恐惧研究的突破在报告中，前加州大学圣地亚哥分校助理项目科学家李慧泉（现为NeurocrineBiosciences公司高级科学家）、生物科学学院阿特金森家族特聘教授尼克-斯皮策（NickSpitzer）和他们的同事描述了他们发现神经递质--使大脑神经元能够相互沟通的化学信使--是压力诱发广泛恐惧的根源--的研究过程。研究人员通过对小鼠大脑中一个被称为背侧剑突的区域（位于脑干）进行研究，发现急性压力会诱发神经元中化学信号的转换，从兴奋性的"谷氨酸"神经递质转换为抑制性的"GABA"神经递质，从而导致普遍的恐惧反应。针对普遍恐惧的见解和干预措施加州大学圣地亚哥分校神经生物学系和卡夫利脑与心智研究所成员斯皮策说："我们的研究结果为了解恐惧泛化的相关机制提供了重要见解。从这一分子细节层面了解这些过程的好处是--知道发生了什么以及发生在哪里--可以针对驱动相关疾病的机制进行干预"。使用共聚焦显微镜拍摄的大脑背侧急流区图像。资料来源：加州大学圣地亚哥分校斯皮策实验室压力诱导神经递质的转换被认为是大脑可塑性的一种形式，在这一新发现的基础上，研究人员随后对患有创伤后应激障碍的人的死后大脑进行了检查。在他们的大脑中也证实了类似的谷氨酸-GABA神经递质转换。研究人员接下来找到了一种阻止产生广泛恐惧的方法。在小鼠经历急性应激之前，他们给小鼠的背侧剑突注射了一种腺相关病毒（AAV），以抑制负责合成GABA的基因。这种方法阻止了小鼠获得广泛性恐惧。此外，当小鼠在应激事件发生后立即服用抗抑郁药氟西汀（百忧解）时，递质转换和随后出现的广泛性恐惧就会被阻止。研究人员不仅确定了切换发射器的神经元位置，还展示了这些神经元与中央杏仁核和外侧下丘脑的连接，而这些脑区以前与其他恐惧反应的产生有关。斯皮策说，"既然我们已经掌握了压力诱发恐惧的核心机制以及实施这种恐惧的电路，那么干预措施就可以有针对性和特异性。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425831.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425831.htm

研究人员制造出混合大脑：让一个物种的神经元帮助另一个物种

研究人员制造出混合大脑：让一个物种的神经元帮助另一个物种大鼠（红色）和小鼠（绿色）神经元的混合体在混合大脑中形成了环形气味处理中心什么是混合大脑？听起来像是科幻电影情节中的东西--或者是史蒂夫-马丁主演的80年代古怪喜剧--但它实际上是两个物种细胞的结合，发育成一个完整的功能性大脑。因此，杂交脑通过创建"合成"神经回路来恢复受损或退化大脑的功能，对于推动再生神经科学的发展非常重要。在哥伦比亚大学欧文医学中心研究人员领导的一项新研究中，大鼠干细胞在发育初期就被引入到小鼠细胞中，从而产生了利用整合的大鼠细胞嗅觉的小鼠大脑。哥伦比亚大学瓦格罗斯内外科医学院遗传学和发育学教授、该研究的共同通讯作者克里斯汀-鲍德温（KristinBaldwin）说："我们拥有漂亮的培养皿细胞模型和称为器官组织的三维培养物，它们都有各自的优点。但它们都无法让你确定细胞是否真正发挥了最高水平的功能。这项研究开始向我们展示，我们如何扩大大脑的灵活性，使其能够容纳来自人机界面或移植干细胞的其他类型的输入。"大鼠-小鼠嵌合体的制作示意图Throesch等人研究人员将大鼠胚胎干细胞植入小鼠胚泡（受精卵分裂而成的细胞团），然后将胚泡移植到代孕小鼠妈妈的子宫内发育。尽管在进化过程中存在差异（大鼠大脑发育较慢，体积较大），但研究人员观察到，大鼠细胞与小鼠神经元同步生长。在成熟的大鼠-小鼠或嵌合体中，大鼠细胞整合成整个小鼠大脑的神经回路，并与小鼠神经元形成活跃的连接。鲍德温说："几乎在整个小鼠大脑中都能看到大鼠细胞，这让我们相当惊讶。它告诉我们，插入的障碍很少，这表明许多种小鼠神经元都可以被类似的大鼠神经元取代。"接下来是测试大鼠细胞的功能能力，以及它们是否能取代受损的小鼠神经元。研究人员开发了小鼠模型，这些小鼠的嗅觉神经元（OSNs）在基因上有缺陷或被消融，即被破坏，而嗅觉神经元是检测和传递气味信息的神经元。他们发现，大鼠细胞拯救了小鼠大脑。鲍德温说："我们在每个小鼠笼子里都藏了一块饼干，结果非常惊讶地发现，它们能通过大鼠神经元找到饼干。"然而，与OSN被破坏的小鼠相比，OSN被基因沉默（即神经元存在，只是不工作）的小鼠找到饼干的成功率较低。这表明，增加替代神经元并非"即插即用"。如果想获得功能性替代神经元，可能需要清空闲置在那里的功能障碍神经元，这可能是某些神经退行性疾病的情况，也可能是自闭症和精神分裂症等神经发育障碍的情况。研究人员在研究中遇到的一个问题是，大鼠细胞随机分布在不同的小鼠体内，这阻碍了他们将研究扩展到其他神经系统。目前，他们正试图找到驱动插入细胞发育成特定细胞类型的方法，这可能会提供更高的精确度。扫清这一障碍将为创造具有灵长类神经元的混合大脑铺平道路，这将帮助我们更接近了解人类疾病。这项研究发表在《细胞》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428726.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428726.htm

新发现可能使减肥和保持体重的过程变得更加容易

新发现可能使减肥和保持体重的过程变得更加容易对许多人来说，最令人沮丧的方面之一是卡路里限制的溜溜球效应，有数据显示节食者通常在两年内恢复了一半的减肥体重，五年后约80%。这通常被视为个人的失败，并可能产生长期的身体、情绪和心理影响。但是，这可能并不是所有的厄运和忧郁。马克斯-普朗克代谢研究所（MPIMR）和哈佛大学医学院的研究人员已经发现，节食时大脑中的神经通路发生了重大变化，有更强的信号传递到调解饥饿感的神经上。抑制这些信号可能有助于科学家开发更好地帮助人们保持体重的治疗方法。领导这项研究的MPIMR研究员HenningFenselau说："人们主要关注节食后的短期影响。"我们想观察大脑在长期内会发生什么变化"。为此，研究人员让小鼠节食并监测大脑回路，重点关注下丘脑中的阿古蒂相关肽（AgRP）神经元，该神经元被称为控制饥饿感。以前的研究表明，刺激这些神经元如何导致食物消耗量的急性上升。他们发现，当动物处于饮食状态时，通向AgRP神经元的神经元通路会放大，并保持在这些放大的水平上，导致极端的饥饿信号，从而导致更大的食物摄入和更快的体重增加。"这项工作增加了对神经线路图如何控制饥饿的理解，"来自哈佛医学院的共同作者布拉德福德-洛威尔说。"我们之前发现了一组关键的上游神经元，它们物理性地突触到AgRP饥饿神经元并使其兴奋。在我们目前的研究中，我们发现这两个神经元之间的物理神经递质连接，在一个称为突触可塑性的过程中，随着节食和减肥而大大增加，这导致了持久的过度饥饿"。当研究人员抑制这些神经元之间的连接时，AgRP活动减少，动物对食物摄入的反应更加规范。不足为奇的是，这可以带来体重增加明显减少。Fenselau说："这可能给我们提供了减少溜溜球效应的机会。"从长远来看，我们的目标是为人类找到可以帮助维持节食后体重减轻的疗法。为了实现这一目标，我们继续探索如何能够阻断介导人类神经通路强化的机制。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351295.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351295.htm