神經元也有「充電器」 星形膠質細胞有助腦損傷患者實現恢復

研究發現，當神經元受損後，星形膠質細胞可通過向細胞能量「發電機」線粒體捐助能量使其發揮作用。圖片來源：GerryShaw

如果你的愛車能量耗盡，你可能會呼叫道路救援或是好心的旁觀者幫助。當受損的神經元「能量」即將耗盡時，一項新研究發現，生成能量的線粒體會呼叫一種不同的腦細胞——星形膠質細胞進行幫助。這些細胞可通過向瀕危的神經元捐助額外的線粒體作出應答。儘管這項發現尚處於初步階段，但科學家表示，它可能是幫助中風或其他腦損傷患者實現恢復的新途徑。

「這是一項非常有趣的重要研究，因為它描述了一種星形膠質細胞保護神經元的新機制。」以色列特拉維夫市拉賓神經生物學研究所神經生物學家、未參與此項研究的Reuven Stein說。

為了保證大腦進行能量高度集中的信息傳輸工作，神經元需要大量線粒體——生成確保細胞活性及運輸能力的分子燃料三磷酸腺苷的「發電廠」。神經元中的線粒體必須經常置換，即通過一種叫作裂變的方式進行自我複製，其細胞器最初來自於細胞內部捕獲的與其存在共生關係的微生物。但如果線粒體受損或是不能維持一個細胞的需求，那麼能量供應就會耗盡，導致細胞死亡。

2014年，科學家發表了首個關於細胞能夠在大腦中傳輸線粒體的證據，但其似乎更類似於丟棄「垃圾」。當神經元排除受損的線粒體時，星形膠質細胞會吞噬它們使其分解。美國查爾斯頓麻省總醫院神經學家Eng Lo和Kazuhide Hayakawa希望了解這種傳輸機制是否可通過其他渠道進行，即星形膠質細胞向處於崩潰邊緣的神經元捐助仍在運行的線粒體。其他團隊的研究也支撐這一觀點，例如2012年一項研究發現，來自骨髓的幹細胞能夠向嚴重受損的肺部細胞提供線粒體。

為了解這種捐助是否在大腦內發生，Lo、Hayakawa與中國北京的研究者合作，驗證星形膠質細胞是否能夠通過誘導成為驅逐性的健康線粒體。Lo說，此前的研究表明，星形膠質細胞可利用一種叫作CD38的酶獲悉神經元的「求救」信號。這種酶是機體對受傷或損傷作出的應答，也是由星形膠質細胞產生的。當Lo和同事通過基因編輯的小鼠生成過量的CD38後，來自這些嚙齒類動物的星形膠質細胞能夠排除大量靜止不動的線粒體粒子。研究人員隨後將富含線粒體的液體放入另一個含有瀕臨死亡的小鼠神經元的培養皿中，發現這些細胞能夠在24小時內吸收線粒體。這些重新「充電」後的神經元還會長出新的分支、生命周期更長，並且比沒有接受替換「電池」的細胞擁有更高水平的三磷酸腺苷，表明星形膠質細胞的線粒體是有益的。

接下來，該團隊需要了解同樣的現象是否存在於活體動物體內。為此，他們使活體小鼠產生中風癥狀，並向其受損腦區注射了由星形膠質細胞生成的線粒體。24小時之後，科學家殺死了這些小鼠，切開其腦部，在顯微鏡下檢查了它們的組織。研究人員看到，這些小鼠的神經元不僅吸收了線粒體，而且與那些沒有接受線粒體混合物的小鼠相比，其體內可提高受損細胞存活率的分子也顯著升高。

最後，該團隊測試了CD38是否是線粒體傳輸所必須的。他們在小鼠體內注射了用於干擾這種酶功能的RNA短片段。該團隊在7月27日發表於《自然》的文章中表示，接受治療的模擬「中風」小鼠神經元中的星形膠質細胞線粒體變得更少。與那些CD38未受阻的嚙齒類動物相比，這些小鼠的神經系統測試要糟糕兩倍。Lo強調說，這一工作僅僅是「概念性證據研究」，但他補充說這些神經系統測試的結果「有助了解這種酶在臨床上具有相關性」。

考慮到CD38在包括免疫系統在內的整個機體中具有重要的角色，這些數據對開始研究能增加或改變其活性的藥物「仍然過早」，阿拉巴馬州伯明翰大學微生物學家Frances Lund說。例如，目前尚不明確線粒體的傳輸是否由CD38的水平導致，還僅僅是與其存在相關性。

儘管如此，賓夕法尼亞州匹茲堡大學神經生物學家June Chen依然對這項發現抱有很大期望，認為它或有助於形成治療線粒體功能性障礙疾病的新療法。例如，帕金森症就是一種與線粒體功能異常相關的神經退行性疾病，大腦某些區域分泌多巴胺的神經元大量死亡。他表示，如果研究證明是成功的，那麼臨床醫學家未來有一天或能將健康的線粒體輸送給受損卻依然有活性的神經元。

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