這個基因，或許會讓你更聰明

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撰文｜張雪濤

責編｜陳曉雪

知識分子為更好的智趣生活ID：The-Intellectual

人們普遍希望自己更加聰明。很多人覺得腦門越大人越聰明。的確，人類的進化史就是一部腦容量逐步增大的歷史，不僅如此，靈長類動物，尤其是人類的大腦產生了更多的溝回結構，這種結構可以增大大腦新皮層的表面積，讓有限的頭顱里可以容納更多的神經細胞。

鼠腦光滑，人腦充滿了溝回的結構。圖片來源：huffingtonpost.com

神經細胞由神經幹細胞分化而來，並遷移到皮層的不同的位置。胚胎神經幹細胞主要分布於腦室區和亞腦室區。最近的研究發現，亞腦室外區的神經幹細胞（oRG）影響大腦皮層的增厚和溝回的形成。儘管人類和老鼠的基因相似度很高，但人類還是進化出很多特有的基因以及突變，而很多這樣的基因恰好表達在腦室區和亞腦室區的神經幹細胞上。這提示，這些基因很可能涉及到人類大腦的形態改變。

最近，中科院生物物理所的王曉群實驗室和北京大學的湯富酬實驗室以及首都醫科大學附屬安貞醫院教授張軍共同合作，發現一個名為TMEM14B的基因可以使小鼠的大腦神經細胞增多，皮層厚度增加，形成溝回結構。10月12日的Cell Stem Cell在線發表了這一結果。

研究人員首先獲得三例人的胚胎，通過精細解剖，細胞篩選，得到了位於腦室區，亞腦室區和皮質板的3種神經前體細胞和神經元（~400個）。進而他們通過單細胞測序技術對每個細胞進行基因表達分析。最終得到了在這4種細胞內特異表達的基因。研究者將目標鎖定在一個叫作TMEM14B的基因上面。這個基因是靈長類動物所特有的，且特異性的表達在和大腦溝回結構形成相關的神經幹細胞中（oRG），這兩個信息讓研究者懷疑TMEM14B是否和靈長類大腦溝回形成相關。他們分別將TMEM14B表達在小鼠的大腦皮層里，以及構建了轉基因小鼠，結果和預想的一致，當小鼠的神經幹細胞表達TMEM14B之後，幾種神經前體細胞的分裂和產生有顯著的增加，小鼠的亞腦室區增大，最終導致皮層的增厚和溝回結構的形成，但沒有影響皮層的正常結構。

表達TMEM14B的小鼠的剛出生時大腦皮層便已形成了高低起伏的溝回結構。

接下來，研究者進一步探究了TMEM14B是和什麼蛋白合作完成功能的。他們把和TMEM14B有相互作用的蛋白拉下來，並通過質譜技術識別出這些蛋白（283個），對這些蛋白的功能進行歸類，發現最多的是和細胞周期有關。進一步，研究者從充分性和必要性上證明，TMEM14B通過對IQGAP1的作用促進了神經幹細胞的增殖，導致了大腦結構的改變。

「近年來，已有少數基因被報道與大腦皮層擴增和溝回形成有關，但均影響皮層的正常分層結構，」中科院神經所長期研究神經發育的羅振革研究員評論說，「該研究報道了另外一個重要基因。」

「由於大腦皮層擴增不是一蹴而就的，可以預期多種遺傳因素的綜合作用造成靈長類或人類的複雜腦結構。」羅振革進一步指出，「操控單個或多個基因促進皮層的擴增，其對神經網路以及動物認知能力的影響是值得探索的科學問題。」他同時認為，「除了神經前體細胞的擴增，神經元形態以及物理因素對溝回複雜度的貢獻也是非常可能的」。

在這項研究中，僅僅是一個基因的表達，便導致了新出生小鼠的大腦皮層厚度增加和溝回的產生。這是否就是傳說中的讓人變聰明的基因呢？王曉群告訴《知識分子》，他們正在利用轉基因小鼠進行驗證，觀察神經元增多之後能否有新的神經環路的形成，小鼠的認知表現是否會提高。同時，他們也正在嘗試不同的基因組合，看是否能促進腦皮層發育與進化。

相信這些研究也會幫助我們對和大腦發育相關的疾病有更多的了解。我們期待這一領域未來更多的發現。

參考文獻：

1.Liu et al., 2017, 「The Primate-Specific Gene TMEM14B Marks Outer Radial Glia Cells and Promotes Cortical Expansion and Folding」，Cell Stem Cell.

https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.08.013

2.Ju et al., 2016, 「The Hominoid-specific Gene TBC1D3Promotes Generation of Basal Neural Progenitors and Induces Cortical Folding inMice」, eLIFE.

3.Ataman et al., 2016, 「Evolution of Osteocrin as an ActivityRegulated Factor in the Primate Brain」, Nature.

製版編輯： 許逸｜

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