上海科學家首度發現引導神經生長方向新機制
資料來源: 2005-03-28
Essential role of TRPC channels in the guidance of
nerve growth cones by brain-derived neurotrophic factor

有助神經損傷再生研究、神經再生藥物研發

  人體神經生長的機理在上海首次被發現:一盞神奇的信號燈,決定了人體內神經生長的「前進」方向。

  讓數以千億計的神經元「心意相通」,人腦堪稱世界上最復雜的一張網絡,多少「方向燈」、「發令槍」、「信號兵」在其生長發育的過程中建功立業。三月十日在英國出版的 《自然》 雜志線上發表了 中國科學院 上海生命科學研究院 神經科學研究所 研究員袁小兵 (XIAO-BING YUAN) 博士和王以政 (YI-ZHENG WANG) 博士領銜的研究成果,首度發現:在人體神經纖維最前端生長錐的細胞膜上有一類學名為「瞬間受體電位通道」 (TRPC) 的陽離子通道起著傳遞神經纖維生長「方向指令」的關鍵作用,人體內的神經就是順著它的指令進行生長,為研究神經損傷再生機制提供了新的思路。

  神經纖維的生長主要是尖端生長,生長中的神經纖維最前端是一個被稱為生長錐的結構。它具有像變形蟲一樣的高度動態,時刻像一個準備出擊的「戰士」,活躍地探索細胞外的環境、感受外界的導向因數,引導神經纖維朝特定的方向生長,逐步形成神經網路。但是,在這個神秘的過程中,導向因數是怎樣引導生長纖維的生長方向?神經纖維生長方向的調控機制一直是一個謎,成為當前國際神經生物學關注的熱點。

   TRPC 陽離子通道「家族」是近年國際神經科學研究的熱點,各國科學家都在猜測著它在神經網絡中所扮演的角色。在機械感受、味覺感受等答案陸續問世後,中國科學家又提供了一個新答案:傳遞神經「生長方向指令」。

  袁小兵、王以政等科研人員在歷時兩年時間的研究中,應用生長錐轉向分析方法,在大量分子生物學實驗的基礎上,首次觀察到神經細胞外的導向因數「腦原性神經營養因數」 (BDNF) 能打開非選擇性陽離子通道 TRPC ,導致神經纖維最前端生長錐內的鈣離子濃度增加。鈣是促使神經元生長必需的重要物質,這樣一個過程引導了神經纖維朝 BDNF 濃度高的一側生長,從而影響到神經纖維的生長方向。這項工作闡述了 BDNF 是激發鈣離子內流信號轉導的一個重要環節,揭示了 TRPC 這類陽離子通道新的功能。

  也就是說,發現控制這個「通道」亮起「紅燈」或者「綠燈」的關鍵因素其實是一種營養因數 BDNF ,猶如一把鑰匙。它就像一盞「信號燈」,嚴格控制著神經的生長方向。據瞭解,這種營養因數在與受體蛋白結合後,啟動信號分子的連鎖反應,在細胞內釋放出微量鈣離子。而這些鈣離子可進一步打通細胞膜上的陽離子通道 TRPC ,引入神經轉向所需的大量鈣離子。研究表明,生長中的神經能夠很敏感地感覺到神經纖維最前端每一側的鈣離子濃度,濃度高的那一側便亮起了「綠燈」,神經就會往這一邊生長。

  據介紹,腦和脊椎等部位的中樞神經是神經網路中最重要的部分。我國科學家的這項研究有助於明確中樞神經纖維的生長和再生機制、揭開調控神經纖維生長狀態和方向的謎團,對人類認識神經網路形成具有重要意義,為臨床上中樞神經的發育和損傷後修復的研究做了重要的基礎理論鋪墊。神經元由神經纖維和神經細胞體組成,其中,神經纖維起著重要的電信號傳導作用。

  袁小兵說,神經系統是一個由數以千億計神經元相互聯繫組成的複雜網路,動物的各種基本生理活動如呼吸、心跳、分泌、感覺、運動,乃至人類的高等行為如情感、學習、記憶、思維等都有賴於精確的神經回路的參與及調控。而神經網路發育的失調或缺陷勢必造成神經功能的紊亂。該研究可能為探索神經網路發育、治療神經損傷,指明一條新的途徑。因此,神經生長機理在滬首次被發現引起了國際生物學界和醫學界的極大關注。

  《自然》雜志在針對該論文的一篇審稿人評論中說:「這是一項做得很好也很重要的研究。這一結果將有助於揭示神經發育的奧秘,對神經損傷再生的研究提供理論借鑒,為開發和設計有利於神經再生藥物提供新思路。」因為無論呼吸、感覺等基本生理活動還是學習、情感等高等行為都有賴于精確的神經回路與調控。目前,人們面對神經回路發育的失調或缺陷尚未找到理想的修復方式,因而備受小兒痴呆症、脊髓損傷等疾病的困擾。人類對神經回路的了解更深入一點,無疑就離治好神經類疾病的目標更近一點。


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資料收集整理: 新竹市脊髓損傷者協會 戚啟禮

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