近日,在斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)下,研究人員首次成功修復(fù)了哺乳動物的部分關(guān)鍵視神經(jīng)。該研究報告被發(fā)表在《Nature Neuroscience》期刊的在線網(wǎng)站上??茖W(xué)家讓小鼠的視神經(jīng)(負責(zé)將視覺信息從眼睛傳遞到大腦)在被完全切斷之后,成功實現(xiàn)了再生,并發(fā)現(xiàn)視神經(jīng)可以重新沿襲之前的路徑,重建與大腦合適部位的聯(lián)系。
這項前無古人的修復(fù)工作或能幫助盲人重見光明。
在科學(xué)家重建小鼠的視神經(jīng)之前,小鼠的癥狀類似于人類的青光眼,這是除白內(nèi)障之外的第二大致盲原因。該研究的高級作者、神經(jīng)生物學(xué)副教授安德魯.休伯曼(Andrew Huberman)指出,白內(nèi)障通??梢酝ㄟ^手術(shù)移除,但青光眼則沒有有效的治療方法。該研究的主要作者為加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究生Jung-Hwan Albert Lim。
青光眼由視神經(jīng)受壓過高引起,全世界有將近7千萬人深受此疾病之苦。外傷、視網(wǎng)膜脫落、垂體瘤、多種腦癌以及其它原因也會對視神經(jīng)造成損傷,導(dǎo)致視力下降。
視網(wǎng)膜由一層薄薄的細胞構(gòu)成,不超過信用卡的一半厚,是眼睛中負責(zé)感光的部分。如果神經(jīng)細胞是辦公室的話,這層薄薄的組織就猶如繁華的曼哈頓。視網(wǎng)膜后部的感光細胞通過向視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞發(fā)送電編碼信息,對不同波長的光線做出反應(yīng)。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的種類多達30種,每種分別擅長處理不同的視覺信息,如向上的動作、總體動作、或紅色等。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞有著長長的、類似電線的突起,它們先是連成一捆、共同延伸到視神經(jīng)處,然后向大腦的各部分發(fā)散出去,與其它神經(jīng)細胞相連,向它們傳遞視覺信息。
“大腦可以通過某種方式,破解這些電信號,比如‘那邊來了一輛車,我最好退到人行道上’”。休伯曼說道。
“大腦有超過三分之一的區(qū)域都是用來處理視覺信息的,”他說道,“超過24%的大腦區(qū)域能夠直接接收視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞發(fā)生的信號。這些區(qū)域不僅與我們通常認為的視覺區(qū)域有關(guān),還與晝夜規(guī)律和情緒有關(guān)。”
休伯曼指出,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞是唯一將眼部與大腦相連的細胞。“這些細胞軸突被切斷時,就好像直接把控制視覺的插頭從插座上拔掉了一樣。”他補充道。
當(dāng)小鼠和人類等哺乳動物的腦部和脊椎細胞軸突受到損傷時,它們無法自行復(fù)原。(唯一已知的例外是嗅神經(jīng)細胞。)休伯曼指出,視網(wǎng)膜也是大腦的一部分,因此哺乳動物的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞軸突一旦受到損傷,便會導(dǎo)致永久性的視力下降。
不過,位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外的哺乳動物細胞軸突是可以自行再生的。此外,在人體生長的早期階段,腦神經(jīng)細胞和脊柱神經(jīng)細胞茁壯地成長,軸突可以設(shè)法突破一堆擋在半路上的腦組織,到達較遠的地方。在完全成熟的成人體內(nèi),從視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞到上丘(superior colliculus)之間的軸突可以長達6至8英寸(約合15至20厘米)。
有很多因素與成人大腦細胞無法自行再生有關(guān),其中有一種受到了人們的廣泛研究,即隨著時間的推移,這些細胞中的分子間相互作用(又名mTOR信號通路)會逐漸減弱。
在這項研究中,成年小鼠一只眼睛的視神經(jīng)被人為摧毀,它們每天要接受高強度的高對比度視覺刺激,觀看不斷閃爍的黑白條紋圖片;或者接受生物化學(xué)手段治療,讓視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞中的mTOR信號通路重新回到高檔位上;或者兩種方式同時進行。三周之后,研究人員測試了它們對特定視覺刺激的反應(yīng)能力,并對它們的大腦進行了研究,觀察是否有軸突開始了再生過程。
需要注意的是,雖然小鼠視神經(jīng)中的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞被摧毀了,但前端的感光細胞、以及這些細胞與視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞之間的聯(lián)系仍然完好無損。
雖然接受兩種方法之一治療的小鼠受損眼部的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞軸突都出現(xiàn)了一定的恢復(fù),但重新生長出來的軸突只能到達視交叉區(qū)域,即健康的軸突離開視神經(jīng)、分頭前往大腦各處結(jié)構(gòu)的地方。但當(dāng)小鼠同時接受兩種方法治療時,并且將小鼠未受傷的一邊眼睛遮住、以激勵它們使用受損眼部的話,就出現(xiàn)了大量軸突延伸到了視交叉之外,并成功與大腦中的相應(yīng)部分相連
“這些視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞軸突就好像保留了自己的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)一樣,”休伯曼說道,“它們還會連接到正確的位置上,并且不會跑錯地方。”
對小鼠視力的測驗顯示,受損眼睛中感光細胞接收的視覺輸入信息可以傳輸?shù)酵恢谎劬Φ囊暰W(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞中,并且最關(guān)鍵的是,這些信息還能傳輸?shù)接糜谔幚磉@些視覺輸入信息的下游大腦結(jié)構(gòu)中去。例如,在其中一項測驗中,一個不斷變大的黑色圓圈(就像一只正在撲來的鳥)被投射到小鼠受損眼睛的視覺區(qū)域上。大多數(shù)接受了兩種方法治療、并且遮住了未受傷眼睛的小鼠都做出了在野生環(huán)境中的自然反應(yīng):向?qū)嶒炘O(shè)置好的“安全區(qū)”逃去。
換句話說,這些小鼠腦中重新生長出來的軸突已經(jīng)長回了原本的大腦區(qū)域,并與相應(yīng)區(qū)域建立起了功能性聯(lián)系。小鼠們一度失明的眼睛又重見光明了。
不過,雖然有些小鼠在部分測驗中顯示視力有所恢復(fù),但在需要更精細的視覺分辨能力的測驗中,它們都失敗了。休伯曼注意到,雖然研究人員可以證明有兩種視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的軸突延伸到了指定區(qū)域,但缺乏分子標(biāo)記的幫助,他們無法判斷其它種類是否也能做到這一點。他認為,只有在更多視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞軸突成功與此前的大腦區(qū)域建立聯(lián)系、并找到評估30種視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的方法之后,才能說是取得了進步。
“我們現(xiàn)在正在努力解決這個問題。”休伯曼說道。
via:(生物谷Bioon.com)