精神分裂癥和自閉癥等神經(jīng)精神疾病是大腦化學(xué)物、環(huán)境和遺傳學(xué)之間的復(fù)雜相互作用的結(jié)果，需要仔細(xì)研究才能了解它們的根源。科學(xué)家們傳統(tǒng)上依靠從小鼠和非人靈長類動物身上提取的樣本來研究這些疾病是如何產(chǎn)生的。但是，一個問題一直揮之不去：這些受試對象的大腦是否與人類足夠相似，從而產(chǎn)生有用的新見解？

      如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自美國布羅德研究所、麻省理工學(xué)院和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員報道了雪貂、小鼠、非人靈長類動物和人類大腦中的幾個關(guān)鍵差異，這些差異都集中在一種稱為中間神經(jīng)元（interneuron）的神經(jīng)元上。最令人驚訝的是，他們只在靈長類動物中發(fā)現(xiàn)了一種新的中間神經(jīng)元類型，這種類型的中間神經(jīng)元位于大腦中與亨廷頓病和潛在的精神分裂癥有關(guān)的紋狀體中。相關(guān)研究結(jié)果于2020年9月30日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Innovations present in the primate interneuron repertoire”。

      這些發(fā)現(xiàn)可能幫助科學(xué)家們選擇最好地模擬與這些疾病有關(guān)的人類大腦特征的實(shí)驗(yàn)室模型，從而有助于加快對神經(jīng)精神疾病的原因和治療方法的研究。

      論文通訊作者、哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授Steven McCarroll說，“這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)將為人類大腦疾病的研究提供信息，這是因?yàn)樗鼛椭覀兯伎既祟惔竽X的哪些特征可以在小鼠中進(jìn)行研究，哪些特征需要在狨猴等更高級的有機(jī)體中進(jìn)行研究，以及為什么小鼠模型往往不能反映人類相應(yīng)突變的影響。”

      論文共同作者、麻省理工學(xué)院麥戈文腦研究所神經(jīng)科學(xué)教授Guoping Feng說，“神經(jīng)元的功能障礙與包括自閉癥譜系障礙和精神分裂癥在內(nèi)的幾種腦部疾病有密切聯(lián)系。這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了非人靈長類動物模型在理解大腦疾病的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制以及開發(fā)和測試治療方法方面的獨(dú)特重要性。”

      深入了解中間神經(jīng)元

      中間神經(jīng)元形成了大腦神經(jīng)回路中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并通過釋放抑制其他神經(jīng)元放電的神經(jīng)遞質(zhì)GABA來幫助調(diào)節(jié)神經(jīng)元活性。

      論文第一作者、McCarroll實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Fenna Krienen和她的同事們希望追蹤中間神經(jīng)元的自然歷史。

       Krienen說，“我們想了解組成大腦的細(xì)胞類型的進(jìn)化軌跡。隨后，我們?nèi)カ@取動物物種的樣本，這些樣本可以為理解人類和神經(jīng)科學(xué)研究中經(jīng)常代表人類的動物模型之間的進(jìn)化分歧提供信息。”

      這些研究人員使用的工具之一是Drop-seq，這是一種由McCarroll實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的高通量單核RNA測序技術(shù)，用于確定雪貂、人類、獼猴、狨猴和小鼠大腦中超過184000個端腦中間神經(jīng)元的作用和位置。利用冷凍的組織樣本，他們從皮層、海馬體和紋狀體中分離出中間神經(jīng)元的細(xì)胞核，并對這些細(xì)胞中的RNA進(jìn)行了分析。

      這些研究人員原本認(rèn)為，由于在所有脊椎動物中都發(fā)現(xiàn)了中間神經(jīng)元，所以這些細(xì)胞在不同物種之間相對變化不大。Krienen說，“但是，通過這些高靈敏的測量和來自不同物種的大量數(shù)據(jù)，我們了解到不同物種中中間神經(jīng)元的活躍程度存在差異。”

      她和她的合作者確定了他們所研究的物種之間的四個主要的中間神經(jīng)元差異：這些細(xì)胞改變了它們在整個大腦區(qū)域的比例，改變了它們用來與其他神經(jīng)元連接的程序，并且可以遷移到大腦的不同區(qū)域。但是最引人注目的是，他們發(fā)現(xiàn)，靈長類動物有一種其他物種中沒有的新型中間神經(jīng)元。這種中間神經(jīng)元位于紋狀體中。紋狀體是負(fù)責(zé)認(rèn)知、獎賞和協(xié)調(diào)運(yùn)動的大腦結(jié)構(gòu)，早在遠(yuǎn)古原始魚類的進(jìn)化樹上就已經(jīng)存在了。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，這種新的中間神經(jīng)元類型占紋狀體中所有中間神經(jīng)元的三分之一。

      McCarroll說，“雖然我們預(yù)計人類和靈長類動物大腦的重大創(chuàng)新是在大腦皮層，我們傾向于將大腦皮層與人類的智慧聯(lián)系在一起，但事實(shí)上，在古老的紋狀體中，Krienen發(fā)現(xiàn)了靈長類動物大腦中最引人注目的細(xì)胞創(chuàng)新。這種細(xì)胞類型以前從未被發(fā)現(xiàn)過，這是因?yàn)樾∈鬀]有類似的細(xì)胞。”

      論文共同作者、哈佛醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)教授Gord Fishell說道，“是什么提供了認(rèn)知能力中的‘人類優(yōu)勢’，這是神經(jīng)生物學(xué)家努力回答的基本問題之一。這些發(fā)現(xiàn)解決了'我們?nèi)绾未蛟旄玫拇竽X'這個問題。”

      更好地了解這些抑制性神經(jīng)元如何在人類和實(shí)驗(yàn)室模型之間變化，將為科學(xué)家們提供研究各種大腦疾病的新工具。下一步，這些研究人員將在這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，確定每種類型的中間神經(jīng)元的具體功能。

Krienen說，“在研究神經(jīng)發(fā)育障礙時，你需要確信你的模型在真正復(fù)雜的社會行為上是合適的。這項(xiàng)研究的主要主題是靈長類動物在所有這些中間神經(jīng)元創(chuàng)新方面總體上似乎是非常相似的。”

 （文章來源：生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1.Fenna M. Krienen et al. Innovations present in the primate interneuron repertoire. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2781-z.

2.New neuron type discovered only in primate brains
https://medicalxpress.com/news/2020-10-neuron-primate-brains.html