學(xué)習(xí)一項新任務(wù)，掌握一種樂器，或者能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，這些都是可能的，這要?dú)w功于大腦的可塑性，或者它能夠通過重新安排現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并形成新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整自己，以獲得新的功能特性。這也有助于神經(jīng)回路保持健康、強(qiáng)健和穩(wěn)定。

為了更好地理解大腦的可塑性，貝勒醫(yī)學(xué)院和德克薩斯兒童醫(yī)院的一組研究人員使用小鼠模型來研究腦細(xì)胞如何與成人大腦中新生的神經(jīng)元建立連接。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《基因與發(fā)育》雜志上，不僅擴(kuò)大了我們對大腦可塑性的理解，而且為未來治療某些神經(jīng)發(fā)育障礙和修復(fù)受損回路開辟了新的可能性。

“在這項研究中，我們想要確定幫助新神經(jīng)元在大腦中建立連接的新分子，”通訊作者Benjamin R. Arenkiel博士說，他是貝勒大學(xué)和德克薩斯兒童醫(yī)院鄧肯神經(jīng)學(xué)研究所的分子和人類遺傳學(xué)和神經(jīng)科學(xué)教授。“我們研究了大腦中與嗅覺有關(guān)的部分——嗅球。在小鼠中，嗅球是一個高度可塑性的感覺區(qū)域，并具有通過不斷整合成年神經(jīng)元來保持可塑性到成年的顯著能力。我們發(fā)現(xiàn)，大腦中產(chǎn)生的催產(chǎn)素(一種肽或短蛋白質(zhì))會推動有助于神經(jīng)回路可塑性的事件。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，嗅球中的催產(chǎn)素水平增加，在新神經(jīng)元融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時達(dá)到峰值。通過病毒標(biāo)記、共聚焦顯微鏡和細(xì)胞類型特異性RNA測序，研究小組發(fā)現(xiàn)催產(chǎn)素觸發(fā)了一個信號通路——細(xì)胞內(nèi)的一系列分子事件——促進(jìn)突觸的成熟，即新整合的成年神經(jīng)元的連接。當(dāng)研究人員消除催產(chǎn)素受體時，細(xì)胞的突觸發(fā)育不全，功能受損。

“重要的是，我們發(fā)現(xiàn)突觸成熟是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞的形態(tài)發(fā)育和一些結(jié)構(gòu)蛋白的表達(dá)來實現(xiàn)的，”貝勒大學(xué)麥克奈爾學(xué)者Arenkiel說。

Arenkiel實驗室的研究助理、研究生Brandon T. Pekarek說:“這項研究最令人興奮的方面是，我們的研究結(jié)果表明催產(chǎn)素推動成人大腦中新神經(jīng)元的發(fā)育和突觸整合，直接有助于適應(yīng)性和電路可塑性。”

這一發(fā)現(xiàn)與包括人類在內(nèi)的所有哺乳動物都相關(guān)，為改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病開辟了新的可能性。“催產(chǎn)素通常存在于我們的大腦中，所以如果我們知道如何打開、關(guān)閉或調(diào)動它，我們就可以通過促進(jìn)未發(fā)育的連接或加強(qiáng)新的連接來幫助保持我們的電路連接健康，”Arenkiel說。“我們的研究結(jié)果還表明，催產(chǎn)素可以促進(jìn)新神經(jīng)元的生長，以修復(fù)受損組織。需要進(jìn)一步的研究來探索這些可能性。”

這項工作得到了麥克奈爾醫(yī)學(xué)研究所的支持，nds資助R01NS078294, AHA資助和NICH資助U54HD083092。

Journal Reference:

1. Brandon T. Pekarek, Mikhail Kochukov, Brittney Lozzi, Timothy Wu, Patrick J. Hunt, Burak Tepe, Elizabeth Hanson Moss, Evelyne K. Tantry, Jessica L. Swanson, Sean W. Dooling, Mayuri Patel, Benjamin D.W. Belfort, Juan M. Romero, Suyang Bao, Matthew C. Hill, Benjamin R. Arenkiel. Oxytocin signaling is necessary for synaptic maturation of adult-born neurons. Genes & Development, 2022; DOI: 10.1101/gad.349930.122