浅谈成体神经发生

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1、浅谈成体神经发生前言：按照美国神经科学学会所下的定义：“神经科学是为了了解神经系统内分子水平，细胞水平及细胞间的变化过程，以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用而进行的研究。”神经科学是进展最快的科学领域之一，相关的文章如雨后春笋般急剧增多。它试图在一个层面上给已知的宇宙间最复杂的工具——人脑，提供概念上的描述。由于实验室的经历而在发育生物学方面了解稍多一些，但本次的学习活动的主题是神经生物学，所以我选择了发育方向的神经发生，通过查阅文献发现神经发生与人类学习和记忆关系的研究是当前热点之一，于是便选择其作为本文的内容，主要是对他人研究成果的陈述，同时附有自

2、己的一些想法和观点，对于概念和观点上的错误与偏颇，请老师予以批评和指正。已得到公认的是，成体神经干细胞增殖与分化从而产生新的神经元，这一发育现象在成体哺乳动物大脑中是始终存在的。所以我们可以说成体大脑是具有可塑性的，那么发育成熟的神经系统对行为的控制以及在认知能力和记忆上的积累是否与这种可塑性相关呢？为了保证神经系统应对各种环境条件时对行为控制的灵活性，机体内形态和生理上的变化发生在诸多层面，包括细胞水平上的。在成体大脑的两个区域内——嗅球和齿状回——新的神经元不断产生并整合到正常的功能通路中。研究人员还发现这一过程是高度可调的，那么这一可调性是否意味着在特定

3、环境下，大脑的表现可以得到优化呢？这种可塑性的功能上的好处又究竟是什么呢？让我们看看当前的研究成果是如何回答的。成体大脑的神经发生及其可塑性大脑的可塑性指的是在成长，学习，环境变化和病理状态下，大脑在结构和功能上适应性的改变。这些变化发生在机体的各个层面上，从分子到系统，从神经元到支持性组织如胶质细胞和血管。在哺乳动物大脑的某些区域（嗅球和齿状回），新的功能型的神经元不断由神经干细胞产生。由此而产生已有神经网络内新的神经元的嵌入势必与结构上改变相关联，那么与此相联系的功能上的改变和意义就十分令研究人员着迷了。发育期后的神经发生从甲壳类动物到高等的脊椎动物，包括

4、鸟类，啮齿类，灵长类和人类，都存在，这一生物学现象是保守的。这种出生后神经发生的程度随着大脑的复杂程度递减，低等的脊椎动物如蜥蜴，有再生整个大脑神经元的能力；而哺乳动物的神经再生则仅仅局限于某些区域。这种发育后神经发生程度的差异可能来自于不同的生存策略，不同的生物在有新生神经元可能带来的益处和与原有神经网络整合可能出现问题之间进行权衡。越是复杂的大脑越容易受到后生组织的影响，在哺乳动物中，成体的神经发生就被局限在两个区域——海马齿状回的亚粒区（SGZ）和室下区（SVZ）。成体SVC区的神经元通过吻侧迁移流迁移至嗅球成为颗粒神经元和球旁神经元，而SGZ区的神经元

5、则迁移至齿状回的颗粒细胞层成为齿状回颗粒细胞，新近的研究表明成体大脑中新生神经元可以整合到已有神经通路并接受功能性信号输入。如下图所展示的是成体大脑中新生神经元的三个成熟阶段，重点关注的细胞特殊分子标记，受体，形态发生，突出形成以及电化学生理特性。得注意的是真正的神经元成熟过程并非像展示的那样是分离的，不连续的；成熟的时间点也很可能因细胞而异。海马趾（齿状回）颗粒细胞（Hippocampalgranulecells）嗅球颗粒细胞（Olfactorybulbgranulecells）嗅球球旁细胞（Olfactorybulbperiglomerularcells）

6、此图展示了成体啮齿动物大脑的神经发生部位（A）箭头状和皇冠状便是神经发生区域。红色区域指示的是成体哺乳动物脑中神经发生的胚芽区域：SGZ和SVZ。(B–E)用BrdU标记嗅球（olfactorybulb），吻侧迁移流（rostralmigratorystream),SVZ,和齿状回。（红色,BrdU;绿色NeuN.）(FandG)用GFP标记SGZ和SVZ.（red,NeuN;green,GFP;blue,DAPI）ColdSpringHarborLaboratoryPress(Zhao,2007).影响这成体大脑神经发生的因素如果只是一个静止的，恢复性的过程

7、，我们就不能将成体神经发生视为具有可塑性，但是像前面提到的，神经发生是高度可调的，这种高度可调是在什么内外环境下发生的呢？究竟是什么因素影响着成体大脑的神经发育呢？干细胞及其微环境在这其中充当着重要角色。干细胞持续性的与其微环境（niche）相互作用，从生态角度来看，一个器官的微环境就指的是它生长，发挥功能时与其相互作用，相互影响的周围密集而有限的各种环境元素。改变神经发生微环境会对器官，组织（如干细胞）产生巨大的影响，在上面提到的两个神经发生部位，神经干细胞的微环境主要包括星状胶质细胞和上皮细胞。一般说来，上皮细胞起着促进肝细胞更新的作用，而星状细胞则可以自

8、身构建为神经元。更令人惊奇的是，神经干