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對于生物來說求偶非常重要,鳥類產(chǎn)生新的神經(jīng)元來記憶歌曲是無可厚非的進化策略。那么作為高級靈長類動物的人類是否也能產(chǎn)生新的神經(jīng)元呢?
答案是肯定的。成年人類的海馬區(qū)就被觀察到了有新的神經(jīng)元產(chǎn)生,并且不像斑胸草雀被限定在春天!
神經(jīng)元是什么?
在大眾話語體系里,我們很少聽到“神經(jīng)元”,反而“神經(jīng)”出現(xiàn)的頻率更高一些。這是一個模糊的概念?!吧窠?jīng)”可以理解為神經(jīng)元(neuron),也就是大腦里一個個形狀靈活多態(tài)的主要承擔(dān)信息接收、處理、傳遞的小單元;不過一般理解為神經(jīng)束(nerve),即神經(jīng)元發(fā)出的軸突(axon)經(jīng)過髓鞘(神經(jīng)膠質(zhì)細胞)包裹后形成的“電線”。
既然有“電線”,那么必然有“電”了?
沒錯。軸突可以和別的神經(jīng)元形成突觸,突觸就像神經(jīng)進行信息傳遞的“驛站”,這就是神經(jīng)元互相連接形成復(fù)雜又靈活的大腦的基礎(chǔ)。
神經(jīng)元是如何產(chǎn)生的?
我們都知道,個體是從一個小小的受精卵發(fā)育而來的。那么這最初的一個細胞是如何產(chǎn)生出各種復(fù)雜的細胞種類(皮膚、血液、頭發(fā)、肌肉、骨骼、口腔黏膜等等),甚至高度精密、連接復(fù)雜(至今也不能被完全理解)的大腦的呢?
對于受精卵而言,這是簡單的,因為受精卯的發(fā)育方向就是“逐漸失去分化功能”,不同的細胞朝著不同的方向分化,最后產(chǎn)生不可分化的一個個形態(tài)功能固定的細胞。如果細胞也有詩意,一定會吟唱一句“一片森林里分出兩條路,而我選擇了人跡更少的一條,從此決定了我一生的道路”。
而在成年人體內(nèi),也有不斷產(chǎn)生新細胞的功能,但是可塑性已經(jīng)不如胚胎。以沖經(jīng)元為例,一旦出現(xiàn)神經(jīng)損傷,還能否再生呢?
神經(jīng)再生可行嗎?
不管是神經(jīng)元(neuron)還是神經(jīng)(nerve)的損傷,一旦發(fā)生,星形膠質(zhì)細胞(astrocyte)就會替代受損的神經(jīng)元,和一些別的細胞成分(此如小膠質(zhì)細胞、底纖維細胞、寡突膠質(zhì)細胞先導(dǎo)細胞、細胞碎片、血管內(nèi)皮細胞等)和一些別的分子成分(膠原、纖維連接蛋白、層粘連蛋白等)形成傷疤(glial scar)。這些成分就像磚瓦和水泥一樣,迅速把受傷的部位填補上了。這個傷疤算是神經(jīng)系統(tǒng)的自我保護,避免了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)被干擾,然而,也為神經(jīng)再生帶來了障礙。
神經(jīng)元的損傷,本身是不可再生的。一旦發(fā)生重大損傷,就會導(dǎo)致神經(jīng)元的死亡。但是可以通過干細胞治療(stem cell therapy)來實現(xiàn)重新分化出特定神經(jīng)元的目的。這個過程就是模仿胚胎干細胞的發(fā)育(分化)過程,通過植入干細胞并且誘導(dǎo)千細胞分化成為具有特定功能的細胞,比如骨髓移植治療白血病就是這個原理。
由于干細胞極其珍貴,難以獲得,且干細胞移植還可能出現(xiàn)免疫排異反應(yīng)。這就催生了更為瘋狂的想法,就是把自體細胞通過一系列干預(yù)手段進行“倒帶重播”:使其由“已分化”的狀態(tài)退回到“未分化”的狀態(tài),這就成功制造出了排異反應(yīng)較低的干細胞,而且想要多少就有多少!
神經(jīng)束再生可以嗎?
另一個就是神經(jīng)束(nerve/axon)的損傷。一般來說,神經(jīng)束受損后,會出現(xiàn)以下兩種情況:神經(jīng)元死亡或軸突繼續(xù)生長(白發(fā)再生)。
因此,神經(jīng)損傷后,會面臨五個難題:
1.神經(jīng)元不能死
2.軸突要繼續(xù)生長
3.軸突要穿過神經(jīng)膠質(zhì)傷疤
4.軸突找到正確的位置
5.形成新的髓鞘、突觸,功能恢復(fù)
如果前三大問題不能正確解決的話,將會導(dǎo)致功能喪失。而4、5兩大難題不能解決,就將形成錯誤的突觸,不僅功能喪失,還會帶來神經(jīng)痛(neuropathic pain)。
那我們究竟怎樣來解決這些問題呢?
1、2:神經(jīng)生長因子。神經(jīng)生長因子能使神經(jīng)元存活下來,并促進神經(jīng)軸突的進一步生長。神經(jīng)生長的作用在春天需要唱情歌的斑胸草雀大腦里也已經(jīng)被證實了。
4:為軸突生長導(dǎo)航的一切因素。目前的研究有semaphorins,netrins,Ephnns,Cell Adhesion Molecule等軸突生長“精確制導(dǎo)”分子,通過吸引一排斥等相互作用,讓生長中的軸突能穿越重重障礙,按圖索驥找到正確的位置而不敲錯門。
5:形成髓鞘的細胞療法。
鑒于此,神經(jīng)再生遇到的最麻煩的問題反而是:3:難以穿越的神經(jīng)膠質(zhì)傷疤(即我們前面說到的障礙)。由于神經(jīng)膠質(zhì)傷疤(glial scar)的存在,尤其是膠原(collagen)的存在,有幸逃過死亡命運重新上路甚至有人接應(yīng)的軸突,遇到了難以翻越的綠壩長城。
不過目前已經(jīng)有很成熟的動物實驗發(fā)現(xiàn),一種存在于嗅覺系統(tǒng)的細胞——oIfactory ensheathing cells(OEC)(又叫olfactory ensheathing glia,OEG)能夠為生長中的軸突打通隧道。ensheathinq,望文生義,也是形成一種髓鞘。將這種細胞移植到神經(jīng)膠質(zhì)傷疤處,形成的空腔能夠使軸突生長穿過。