大腦發育高度依賴神經膠質細胞

只靠神經元細胞是不夠的。

作者：MIKEMCRAE

日期：Sept 1, 2017

翻譯：梁珩

審校：吳媛媛

圖片由Vilaiwan M Fernandes，Desplan實驗室，紐約大學（NYU）生物部提供

熱門考題：哪種細胞來源於人類大腦？如果你的回答是神經元（neuron），你能得到部分分數-如果沒有輔助細胞神經膠質細胞（glia）的參與，形成的新大腦與現有大腦相比將有著不止 50% 的差別。

請別太沮喪！過去研究者們也主要專註於成長的胚胎中神經元在大腦發育過程中扮演的「明星角色」。但現在他們發現神經膠質細胞應該獲得更多的「榮譽」。

一個由紐約大學（New York University）的科學家們領導的研究小組為了研究神經系統的發育而把目光投向一個常見的動物模型——果蠅。

研究者們測試了一種叫 Drosophila 的果蠅的視覺系統，通過把測試燈光和感覺神經一一對應，來研究分化細胞是如何變成神經迴路的。

此前人們認為這個過程只跟一種已知的能通過傳遞信號來響應化學變化的細胞有關——aka 神經細胞。

然而，研究者發現幕後的輔助細胞在這一過程發揮著更積極的作用。

「這個結果使得我們從過去常說的神經元為主導的大腦發育修正到現在重視非神經元細胞如神經膠質細胞作出的巨大貢獻，」紐約大學（New York University）的研究者Vilaiwan Fernandes表示。

神經膠質細胞有多個類型；而所有的神經膠質細胞都在幫助神經元傳遞電化學波。

這種輔助細胞數量並不少，它們佔了大腦內細胞數量的至少一半。

神經膠質細胞的名字來源於希臘語中的『膠水』一詞，但近年來愈加發現它們並不只是產生能把神經細胞粘連在一起的膠質，它們也能清除遊離和多餘的化學物質，建立營養物質供給通路以及提供保護。

儘管識別出了它的多個附加功能，研究者們仍觀察到了活躍的神經元迴路和神經膠質細胞的簡單服從反應之間的區別。

這個新的研究提示神經元和神經膠質細胞的界限比原先設想的更為模糊。

「事實上，我們的研究發現，探討與神經細胞產生的時間、類型和協調機制相關的大腦發育基本問題時，必須把神經膠質細胞的貢獻也考慮進去，」Fernandes解釋道。

甚至在果蠅這種相對簡單的生物體中，大腦發育也對調節細胞數量和相應聯繫的協調性有著要求的嚴格。

雖然人和果蠅有著天壤之別，但是神經學角度上它們都由多個微小迴路聯合起來完成功能，例如收集光並將其轉化成有用的圖像。

除了神經元的協調作用，研究者們發現神經膠質細胞能監督大腦的形成，增強雜訊信號及在視網膜和大腦視覺系統之間輸送類胰島素信息來引發特定的變化。

科學家們並沒有十分明確為什麼神經膠質細胞有著如此重要的作用，特別是考慮到神經元細胞已經連接著不同的結構並且自身能傳遞信號。

研究者假設，僅在正確的通路建立後，神經膠質細胞才可確保大腦視神經葉的必要變化。

他們通過傳遞神經膠質細胞中可促使果蠅早熟的類胰島素信號來測試這一作用，結果證明神經膠質細胞能使某些變化按時發生的理論是正確的。

「通過成為信號媒介，神經膠質細胞不僅僅精確控制著神經元生成的時間和位置，也影響著神經元會演變成何類型的神經細胞，」資深研究者 Claude Desplan 稱。

這只是神經膠質細胞調節部分神經系統發育的一個縮影。

但它潛在著一種可能性，我們先前認識的輔助細胞在大腦發育的某些方面可能起著更為至關重要的作用。

是時候輪到我們大腦里的輔助細胞們走上台來鞠個躬了！

論文基本信息：

【題目】Glia relay differentiation cues tocoordinate neuronal development in Drosophila

【作者】Vilaiwan M.Fernandes, Zhenqing Chen, Anthony M.Rossi, Jacqueline Zipfel, Claude Desplan,et al.

【期刊】Science

【日期】Sept 01 2017

【DOI】10.1126/science.aan3174

【地址】http://science.sciencemag.org/content/357/6354/886

【摘要】Neuronal birth and specification must becoordinated across the developing brain to generate the neurons that constituteneural circuits. We used the Drosophila visual system toinvestigate how development is coordinated to establish retinotopy, a featureof all visual systems. Photoreceptors achieve retinotopy by inducing theirtarget field in the optic lobe, the lamina neurons, with a secreteddifferentiation cue, epidermal growth factor (EGF). We find that communicationbetween photoreceptors and lamina cells requires a signaling relay throughglia. In response to photoreceptor-EGF, glia produce insulin-like peptides,which induce lamina neuronal differentiation. Our study identifies a role forglia in coordinating neuronal development across distinct brain regions, thusreconciling the timing of column assembly with that of delayed differentiation,as well as the spatiotemporal pattern of lamina neuron differentiation.

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