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标题: 梳理具有特异功能的神经元感光强口渴 [打印本页]

作者: 顾汉现 时间: 2017-10-19 10:07
标题: 梳理具有特异功能的神经元感光强口渴
本帖最后由顾汉现于 2017-10-19 10:14 编辑

梳理具有特异功能的神经元

2017-10-15 21:57

2017年10月15日/生物谷BIOON/---神经元又称神经细胞，是构成神经系统结构和功能的基本单位。神经元是具有长突触（轴突）的细胞，它由细胞体和细胞突起构成。在长的轴突上套有一层鞘，组成神经纤维，它的末端的细小分支叫做神经末梢。细胞体位于脑、脊髓和神经节中，细胞突起可延伸至全身各器官和组织中。细胞体是细胞含核的部分，其形状大小有很大差别，直径约4～120微米。核大而圆，位于细胞中央，染色质少，核仁明显。细胞质内有斑块状的核外染色质（旧称尼尔小体），还有许多神经元纤维。细胞突起是由细胞体延伸出来的细长部分，又可分为树突和轴突。每个神经元可以有一或多个树突，可以接受刺激并将兴奋传入细胞体。每个神经元只有一个轴突，可以把兴奋从胞体传送到另一个神经元或其他组织，如肌肉或腺体。

神经元具有不同类型，每种类型具有独特的功能。这里，小编针对一些具有特异功能的神经元进行一番盘点，以飨读者。

1.Neuron：鉴定出触发盐渴望的神经元亚群
doi:10.1016/j.neuron.2017.09.014

图片来自CC0 Public Domain。

尽管普通美国人的高盐饮食与高血压和心血管疾病存在关联，但是事实是一旦缺乏这种一度稀少的矿物质，那么我们就不能生存。盐能够帮助身体平衡它的水含量，在调节血压和全身的细胞功能中发挥着至关重要的作用。当盐在排泄和其他的代谢过程中流失时，激素就被释放出来作为对钠缺乏作出的反应。但是，这些激素如何在大脑中发挥作用从而触发盐寻找行为和盐摄入行为，一直是个谜。

如今，在一项新的研究中，来自美国贝斯以色列女执事医疗中心（BIDMC）内分泌学、糖尿病与代谢科的研究人员对这一过程有了新的认识。他们鉴定出一个神经元亚群对体内的钠缺乏制作出反应，并且绘制出促进盐摄入的大脑回路。相关研究结果发表在2017年9月27日的Neuron期刊上，论文标题为“Aldosterone-Sensing Neurons in the NTS Exhibit State-Dependent Pacemaker Activity and Drive Sodium appetite via Synergy with Angiotensin II Signaling”。论文通信作者为Joel Geerling博士和Bradford Lowell博士。论文第一作者为Jon M. Resch、Henning Fenselau和Joseph C. Madara。

这些研究人员着重关注一个被称作NTSHSD2的神经元亚群。这个神经元亚群是由Geerling在十年前发现的。在针对钠缺乏的小鼠开展的一系列实验中，他们证实钠缺乏会激活这些神经元。他们还证实在钠缺乏期间身体释放出的激素醛固酮（aldosterone）增加这些神经元对此作出的反应。

这些研究人员也揭示出位于大脑孤束核（nucleus of the solitary tract）内的NTSHSD2神经元并不独自触发对钠的渴望。在利用不缺乏钠的小鼠开展的实验中，人工激活NTSHSD2神经元仅当血管紧张素II信号同时存在时才会触发钠摄入。血管紧张素II也是在钠缺乏期间由身体释放的一种激素。从这一点而言，Resch和同事们作出结论：另一种对血管紧张素II敏感的神经元可能也在触发对钠的渴望中发挥着作用。这组神经元迄今为止还未被鉴定出。

这些发现证实仅对醛固酮和血管紧张素II作出反应的两个不同的神经元亚群之间存在协同关系才能够导致在钠缺乏的小鼠中观察到的快速地和强劲地对钠产生渴望。Resch注意到他和同事们揭示出的这种钠渴望回路为20世纪80年代初提出的一种假设提供了生理学上的基础。

2.Cell：重大突破！发现视网膜中感知光线强度的神经元群体
doi:10.1016/j.cell.2017.09.005

在一项新的研究中，来自美国波士顿儿童医院的研究人员描述了我们能够检测环境中的整体光照程度的一种意想不到的方式。他们发现眼睛视网膜中的神经元分工协作，从而使得特定的神经元经过调节对不同的光照强度范围作出反应。相关研究结果于2017年9月28日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“A Population Representation of Absolute Light Intensity in the Mammalian Retina”。

不同于视网膜中主要用来检测形体和运动的视杆细胞和视锥细胞的是，专门用来检测“非图像（non-image）”视觉的其他感光神经元，被用来设置我们的生物钟，调节睡眠和控制激素水平。这些神经元被称作M1神经节感光细胞（M1 ganglion cell photoreceptors），即便在那些失明的人身上也能发挥作用。

Milner和Do发现尽管这些M1细胞似乎在视觉上彼此之间无法区分，但是它们经调节对不同的光照水平作出反应，而且当这些光照水平发生变化时，它们轮流向大脑发出信号。因此，大脑依据这些活跃的细胞的身份获得光照强度方面的信息，而不仅仅是信号大小。

有趣的是，这些M1细胞的轮流系统使用一种通常被认为异常的或病态的机制，即去极化阻断（depolarization block）。去极化阻断通常是在癫痫等某些疾病中观察到的。

当光照水平上升时，M1细胞中的一种被称作黑视蛋白（melanopsin）的蛋白捕获越来越多的光子。这会导致细胞膜电压变得更为正向，也就是“去极化”。随着细胞膜电压变得更为正向，这些M1细胞产生更多的电峰值（也称为动作电位），即发送到大脑中的信号。
http://www.cell.com/cell/fulltex ... 41%3Fshowall%3Dtrue
http://news.bioon.com/article/6710910.html

3.Science：重大突破！发现调节口渴的神经元
doi:10.1126/science.aan6747; doi:10.1126/science.aao5574

图片来自William E. Allen, Liqun Luo。

是什么让我们感到口渴？在某种程度上，答案是显而易见的：如果我们不喝足够的水，那么我们的身体给我们发送不愉快的提醒信号：口干舌燥和强烈的喝水欲望。如今，在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员指出一种更加深刻的答案在于一组位于大脑深处的视叶前神经元（preoptic neuron），它们的功能是让那些没有喝足够水的人感到不愉快。相关研究结果发表在2017年9月15日的Science期刊上，论文标题为“Thirst-associated preoptic neurons encode an aversive motivational drive”。

这种答案从神经生物学方面支持了一种存在了70年的被称作驱动力减低（drive reduction）的生理学理论，至少这适用于口渴，但是这并不完全是研究生William Allen、他的导师Liqun Luo博士（霍华德-休斯医学研究所研究员、生物学教授）和同事们着手研究的东西。相反，他们想要更好地理解激励的性质，而且研究小鼠和大鼠的神经科学家们几乎总是利用水操纵这一点。

在这项新的研究中，这些研究人员首先利用TRAP2技术对已断水的小鼠中的有活性的神经元进行标记，随后利用光遗传学技术或者加入光敏感性基因，这样就可通过使用光纤光线开启和关闭标记的神经元。如果他们鉴定出和标记调节口渴的神经元是对的，那么他们随后就应当能够控制他们的小鼠如何感到口渴。

随后的实验确实证实了这一点。这些研究人员不仅能够让吃饱喝足的小鼠喝水，他们也能够仅通过多久刺激口渴神经元，精细地控制这些小鼠多久去喝水，这就是它们多久去按控制杆以便获得水分。事实上，他们进一步证实他们能够培训小鼠去按控制杆，不是为了获得水分，而仅是为了关闭对调节口渴的神经元的光遗传学激活。
http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1149
http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1092
http://news.bioon.com/article/6710044.html

4.Science：鉴定出暴食神经元
doi:10.1126/science.aam7100

在一项新的研究中，来自美国耶鲁大学医学院的研究人员发现激活大脑一个区域中的之前不与进食相关联的神经元能够让小鼠产生暴食行为。相关研究结果发表在2017年5月26日的Science期刊上，论文标题为“Rapid binge-like eating and body weight gain driven by zona incerta GABA neuron activation”。论文通信作者为耶鲁大学医学院神经外科研究员Anthony van den Pol，论文第一作者为耶鲁大学医学院神经外科研究员Xiaobing Zhang。

当被光探针激活时，大脑未定带（zona incerta）中的γ-氨基丁酸能神经元（GABA neuron）诱导小鼠重复性地回去进食。

当小鼠的大脑未定带区域被激活时，它们的体重大幅增加，但是当这种激活缺乏时，它们随后返回到正常体重。

5.Science：证实大脑中的一个神经元环路起着指南针的作用
doi:10.1126/science.aal4835

在一项新的研究中，来自美国霍华德-休斯医学研究所的研究人员发现存在于果蝇大脑中间的一个神经元环路（a ring of neurons）起着指南针（compass）的作用，有助这种昆虫知道它在何处，它去过哪里和它将去往哪里。他们解释了他们如何扩展他们在两年前开始的研究，以及他们的发现可能对哺乳动物的内部导航意味着什么。相关研究结果于2017年5月4日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Ring attractor dynamics in the Drosophila central brain”。

正如这些研究人员注意到的那样，他们在两年前已发现大约50个神经元在果蝇大脑中间形成一个环路，并且这个神经元环路似乎起着导航的作用。从那之后，他们研究了这个神经元环路如何可能有助这种昆虫在环境中追踪其行踪。

为此，这些研究人员将果蝇固定在一根金属棒上，这根金属棒让它们呆在原处。他们随后在它们周围播放虚拟现实场景，模拟在它们的自然环境中的运动。当果蝇扇动翅膀试图在这种模拟的场景中飞行时，他们记录了这个神经元环路中的神经活性。他们发现在这个神经元环路中，单个神经元簇集会依据果蝇试图飞行的方向放电。

这些研究人员随后对这个神经元环路中的一些神经元进行基因修饰，从而使得当接受光线照射时，这些神经元会被激活。这允许他们操纵这些果蝇接受到的关于它们的飞行路线的信息。给这些神经元照射光线导致这些果蝇不能够在它们的环境中进行自我追踪，这强烈地提示着他们的观点是对的，即这个神经元环路类似于指南针。他们也开展了类似的实验：让这些果蝇在黑暗中飞行，结果发现尽管它们似乎分不清方向，但是并不清楚的是，这是由于他们的干扰，或者仅是因为它们在黑暗中具有较差的导航技巧。

6.Neuron：30个神经元联手抵抗疼痛
doi:10.1016/j.neuron.2016.01.041

下丘脑中30个小神经元具有止痛效应。图片来自：Thomas Splettstoesser - http://www.scistyle.com/。

催产素（oxytocin）在调节疼痛反应中发挥着关键性作用，但是迄今为止，导致催产素释放的过程仍然是未知的。在一项新的研究中，来自法国斯特拉斯堡市国家科学研究中心（CNRS）的Alexandre Charlet和来自德国癌症研究中心（DKFZ）的Valery Grinevich及其同事们鉴定出一种新的位于下丘脑的疼痛控制中心。它是由大约30个神经元组成，协调催产素释放到血液和脊髓中，从而降低疼痛感。这些发现为治疗病理性疼痛提供新的启示。相关研究结果于2016年3月3日在线发表在Neuron期刊上，论文标题为“A new population of parvocellular oxytocin neurons controlling magnocellular neuron activity and inflammatory pain”。

在急性疼痛或炎症致敏（烧伤、掐伤、割伤等等）期间，疼痛信号通过外周神经传递给脊髓中的神经元。这些神经元感知信号的强度并相应地对它进行编码。这种信号随后被发送给其他的神经元，包括下丘脑室旁核（hypothalamic paraventricular nucleus）中30个小细胞组成的小群体，其中下丘脑室旁核是由Alexandre Charlet研究小组之前鉴定出的。接着，这些神经元激活下丘脑另一个区域中的大细胞神经元（magnocellular neuron），随后，这些大细胞神经元释放催产素到血液中。催产素的作用靶标是持续将感知疼痛的信号发送到大脑中的外周神经元。催产素能够“麻醉”它们，因而降低疼痛感。

然而，这30个控制性的神经元发挥的作用并不止于此。与此同时，这些神经元的轴突---在人类中，长度高达1米---深入脊髓十个板层的最深处，并且释放催产素。因此，通过这两种同时发生的途径，它们降低疼痛信号再发送到大脑。

7.Cell：在神经元水平上瘦下来
doi:10.1016/j.cell.2017.06.045

时下，肥胖的人越来越多，毫不夸张地说，肥胖已经成为危害人类健康的一大因素。此种“盛况”下，减肥产品也变得颇有市场，走在街头、打开电视，五花八门的减肥广告扑面而来。但悲惨的是，虽然有这么多的减肥产品，真正健康有效的却是打着灯笼也难找。面对胖子们的困境，以拯救天下苍生为己任的科学家们自然不会坐视不管，他们进行了大量研究，苦苦寻觅能够一掌拍死“顽敌”的大招。近日，美国洛克菲勒大学等机构开展的一项最新研究表明，要想彻底解决人类肥胖这个问题，答案或许就藏在你我的脑子里。他们的研究结果发表在了顶级期刊 Cell 上。

在研究中，Nectow 等人以小鼠为实验对象，并将注意力集中在了中缝背核。他们利用先进的 iDISCO 技术给小鼠做全脑成像，结果显示，对于处于饥饿状态的小鼠而言，大脑的这部分区域处于激活状态。而另一些暴吃的小鼠，其中缝背核则呈现出另一种活化模式。所有这些研究结果清晰地表明，大脑这个特殊区域的神经元在摄食行为中扮演着某种角色。

利用两种已被证明为可随意激活目标神经元的方法——一种为光学手段，另一种为化学手段——研究人员能够“打开”肥胖鼠的谷氨酸释放细胞。这会抑制小家伙们的摄食行为，使之体重下降。另一方面，如果在大脑的这个区域触发的是γ- 氨基丁酸释放神经元，那么将会看到截然相反的效应，小鼠会吃下更多的食物。值得注意的是，启动“饥饿感神经元”自动关闭了“饱腹感神经元”，使效应最大化。

8.Curr Biol：重磅！科学家鉴别出能控制大脑“生物钟”的特殊神经元
doi:10.1016/j.cub.2017.06.084

近日，一项刊登于国际杂志Current Biology上的研究报告中，来自弗吉尼亚大学的研究人员通过研究发现，大脑中能够产生快乐信号神经递质多巴胺的神经元或许能够直接控制大脑的昼夜节律中心（生物钟），而该区域能够帮助调节机体的饮食周期、代谢及醒睡周期，从而影响机体适应时差和轮班的能力。

研究者Ali Deniz Guler教授表示，这项研究中我们鉴别出了和昼夜节律中心相联系的多巴胺神经元，这对于我们开发特殊靶向药物来治疗时差和轮班工作给机体带来的不适感，以及多种危险的病理学症状或许非常有帮助；科学家们希望经过了数十年的研究来帮助机体的昼夜节律系统与不停变化的工作状态及不同变化的时间相同步，阐明产生多巴胺的神经元和大脑昼夜节律中心之间的关联或许能够帮助研究人员利用疗法靶向作用这些神经元来缓解旅行者和夜班工作者的不适感，尤其是一些失眠症的患者。

研究人员能够专门识别大脑中控制生物昼夜节律的神经回路，从而为治疗一系列疾病提供治疗靶点；文章中，研究人员利用了两种类型的小鼠进行研究，一种小鼠为正常小鼠，而另外一种则为机体中多巴胺信号被干扰的小鼠，通过每六个小时改变两组研究对象的光照时间表来产生一种时差综合征的影响，研究者发现，多巴胺干扰的小鼠往往需要花费较长的时间来同步这六小时的改变，这就阐明了多巴胺神经元和机体大脑昼夜节律中心之间的反馈途径。

9.Neuron：神经元如何感知日常生活
doi:10.1016/j.neuron.2017.06.028

图片来自King's College London。

最近，来自伦敦国王学院的研究者们发现了神经元连接随着日常经历而发生改变的分子机制，从而能够促进学习以及记忆的形成。相关结果发表在《Neuron》杂志上。这项研究对于治疗神经以及心里紊乱等症状具有潜在的意义。

我们大脑最突出的一类特征就是能够识别并解读生活中复杂的外界信息。为了达到这一目的，大脑会经历一类叫做“experience-dependent plasticity”的过程。在这一过程中，神经元系统通过对外界经历进行适应，从而产生学习以及形成记忆的能力。举例来讲，所有婴儿都具有学习语言的能力，但这一能力的实现需要依赖于外界的语言环境。

在这项研究中，研究者们发现大脑对外界环境的适应需要一类叫做Brevican蛋白的参与。此外，这一蛋白的缺陷会导致短期空间记忆的缺失。作者发现，Brevican蛋白是大脑中丰度最高的蛋白之一，它影响了神经元的弹性，驱动了大脑对环境改变的反应。另一方面，该蛋白能够调节PV+神经元的内在特性，以及塑造其与其它神经元之间的联系。这些发现表明Brevican蛋白能够受到外界环境的影响进行动态调节，而且对于空间记忆以及短期记忆的形成至关重要。

10.Cell Rep：清华科学家发现促进高脂饮食摄入的特殊神经元
doi:10.1016/j.celrep.2017.06.007

肥胖是一个全球性问题，很多人认为食物摄入过多是导致肥胖的主要原因。但是影响食物摄入的可调节性神经回路还没有得到充分的研究。在一项发表在国际学术期刊Cell Reports上的研究中，来自清华大学麦戈文脑科学研究院的宋森研究院带领研究团队发现位于基底前脑的生长激素抑制素神经元（somatostatin neurons，SOM）和伽马氨基丁酸能神经元（GABAergic neurons，VGAT）在调节进食方面发挥着特定作用。

在这项研究中，研究人员利用光遗传学技术刺激小鼠基底前脑的SOM神经元发现能够在几分钟内增加脂肪和蔗糖的摄取并促进小鼠产生类似焦虑的行为。他们又进一步通过光遗传技术刺激基底前脑的SOM神经元向下丘脑外侧区发出的投射，发现能够导致对脂肪的选择性摄入。除此之外，激活基底前脑的VGAT神经元可以快速诱导小鼠对食物摄取的增加以及啃咬行为。

研究人员通过对全脑的输入和输出信号进行匹配研究发现基底前脑的SOM神经元可以与其他参与进食和情绪调节的脑部区域形成双向的连接。（生物谷 Bioon.com）

http://news.bioon.com/article/6711554.html

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