首都醫科大吉訓明教授Nature發布重要研究發現

【字體: 時間:2016年07月29日 來源:生物通

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  發布在7月27日Nature雜志上的一項新研究發現,當受損的神經元喪失它們的“電池”——產生能量的線粒體時,它們會向另一類腦細胞:星形膠質細胞尋求支援。這些細胞會做出響應將額外的線粒體捐贈給掙扎中的神經元??蒲Ъ頤撬?,盡管仍然是初步的研究發現,其有可能促成一些新方法幫助人們從中風或其他腦損傷中康復過來。

  

生物通報道  如果你汽車的電池壞掉了,你可能會尋求道路救援或求助于善心的旁觀者。發布在7月27日《自然》(Nature)雜志上的一項新研究發現,當受損的神經元喪失它們的“電池”——產生能量的線粒體時,它們會向另一類腦細胞:星形膠質細胞尋求支援。這些細胞會做出響應將額外的線粒體捐贈給掙扎中的神經元??蒲Ъ頤撬?,盡管仍然是初步的研究發現,其有可能促成一些新方法幫助人們從中風或其他腦損傷中康復過來。

首都醫科大學的吉訓明(Xunming Ji)教授,麻省總醫院的Eng H. Lo博士以及Kazuhide Hayakawa是這篇論文的共同通訊作者。吉訓明教授主要從事腦卒中篩查與防治工作、急性腦梗死溶栓與神經?;ぶ瘟蒲芯?、慢性腦缺血的適應?;ぶ瘟蒲芯亢湍躍猜霾”淶惱鋃嫌脛瘟蒲芯?。

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2016年1月,吉訓明教授與匹茲堡大學的陳俊教授合作領導研究團隊對大腦缺血再灌注(I/R)損傷進行了深入研究,揭示了早期血腦屏障破裂的分子機制及其長期影響。這項研究發表在Nature Communications雜志上(陳俊、吉訓明教授Nature子刊解析疾病機制)。

以色列Rabin神經生物學研究所神經生物學家Reuven Stein(未參與該研究)說:“這是一項非常有趣且重要的研究,因為它描述了星形膠質細胞能夠?;ど窬囊恢中祿??!?/P>

為了跟上整個大腦能量密集型信息傳遞工作的進度,神經元需要大量的線粒體,這一發電廠生成分子燃料ATP維持了細胞的活力和運作。神經元中的線粒體必須在一個叫做分裂的自我復制過程中常?;竦錳婊?。如果線粒體受損或無法跟上細胞的需求,能源供應就會耗盡而殺死細胞。

2014年,研究人員發布了首個證據證實:大腦中的細胞可以轉移線粒體,但其看起來更像是在扔垃圾(PNAS顛覆傳統認知,發現細胞垃圾處理新方式 )。當神經元排出受損線粒體時,星形膠質細胞吞下并分解它們。Eng Lo和Kazuhide Hayakawa想知道,這種轉移是否可能走向另一個方向——或許星形膠質細胞將起作用的線粒體捐給了處于困境中的神經元。其他研究小組的研究支持了這一觀點:例如,2012年的一項研究發現來自骨髓的干細胞可以將線粒體捐給嚴重損傷后的肺細胞。

為了弄清楚這種捐贈是否也發生在大腦中,Lo和Hayakawa與首都醫科大學的吉訓明教授合作,測試了是否可以誘導星形膠質細胞排出健康的起作用的線粒體。以往的一些研究暗示,星形膠質細胞可能利用叫做CD38的一種酶接收到了神經元的“求助”信號?;迦磯伎上煊λ鶘嘶蚱蘋瞪燒庵置?,星形膠質細胞也能生成CD38。當研究人員遺傳改造小鼠生成過量的CD38時,他們提取出來并放置在充滿液體的培養皿中的小鼠星形膠質細胞排出了大量仍然發揮功能的線粒體顆粒。研究人員隨后將富含線粒體的液體倒入到包含瀕死小鼠神經元的另一個培養皿中,發現這些細胞確實在24小時內吸收了線粒體。相比沒有接受替換電池的細胞,重新充電的神經元還長出了新分支,活得更久,且具有較高水平的ATP,表明星形膠質細胞線粒體是有益的。

接下來,研究小組需要確定同樣的現象是否發生在活體動物身上。因此,他們讓麻醉的活鼠遭受中風樣損傷,然后給受損大腦區域注入星形膠質細胞來源的線粒體。在24小時后,科學家們殺死小鼠,切割它們的大腦,用顯微鏡觀察了這一組織。他們看到相比未接受線粒體雞尾酒的小鼠,這些小鼠的神經元不僅吸收了線粒體,一些已知促進困境細胞生存的分子水平顯著升高。

最后,研究小組測試了CD38是否是線粒體轉移的必要條件。他們給小鼠注射了一些RNA短片段旨在干擾該酶的功能。在模擬“中風”后接受這種處理的小鼠神經元中有著較少的星形膠質細胞線粒體。相比于未阻斷CD38的小鼠,這些小鼠神經系統測試結果要糟糕兩倍。Lo強調這項研究工作僅僅是“一項概念證明研究,但神經系統測試的結果告訴了你該酶與臨床相關?!?/P>

伯明翰大學微生物學家Frances Lund謹慎地表示,鑒于CD38在全身,包括免疫系統中起著許多重要的作用,“這些初期的數據還不足以促成開始尋求提高或改變其活性的藥物。例如,還不清楚線粒體轉移是由CD38水平所致,或僅僅是與之相關?!?/P>

匹茲堡大學神經生物學家陳?。↗un Chen)希望,這一研究發現能夠促成一些針對線粒體功能障礙疾病,例如帕金森病的新療法(復旦大學陳俊教授PNAS發表重要成果 )。他說,如果這項新研究取得成功,臨床醫生或許有一天能夠將健康的線粒體傳遞給病變然而仍然活著的神經元。

(生物通:何嬙)
 
生物通推薦原文索引:

Transfer of mitochondria from astrocytes to neurons after stroke.Nature 535, 551–555 (28 July 2016) doi:10.1038/nature18928

作者簡介:

吉訓明

男,主任醫師,教授,副院長,漢族,江蘇南通人,中共黨員,1970.12.18.出生;醫學博士,MBA;神經外科主任醫師、教授、博士研究生導師。擔任首都醫科大學宣武醫院副院長、北京市腦血管病轉化醫學重點實驗室副主任、北京市老年病醫療研究中心副主任、北京市科委腦血管病首席專家、中國老年醫學會副主任委員、衛生部腦卒中篩查與防治工程委員會副主任委員、首醫大宣武醫院-哈佛大學麻省總醫院中美神經科學研究所中方主任、北京腦重大疾病研究院理事、中華醫學會科研管理專業委員會常委和衛生部高顱壓與腦靜脈病變診治中心主任等。先后獲得北京市科技新星、新世紀百千萬人才、教育部新世紀人才、北京市衛生系統高層次骨干人才和北京市教委優秀青年骨干人才等多項人才項目資助?;竦檬〔考兌隕峽萍冀澆崩?項;獲得發明專利、使用新型專利授權7項,成果轉化2項。師從于我國神經外科專家凌鋒教授,主要從事腦卒中篩查與防治工作、急性腦梗死溶栓與神經?;ぶ瘟蒲芯?、慢性腦缺血的適應?;ぶ瘟蒲芯亢湍躍猜霾”淶惱鋃嫌脛瘟蒲芯?。

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