幼猪嗅觉系统出生后可塑性研究：揭示大型脑神经发生与迁移路径的新见解

本研究针对大型哺乳动物出生后脑可塑性机制尚不明确的问题，以具有高度发达嗅觉系统的幼猪为模型，通过免疫荧光技术系统分析了双皮质素(DCX)阳性细胞在多个嗅觉相关脑区的分布、表型及增殖特性。研究发现幼猪嗅觉系统存在大量未成熟神经元，部分细胞共表达增殖标志物Ki-67，并沿多个迁移流分布，其中多数表达Brn2转录因子，表明这些区域有新的谷氨酸能神经元加入。该研究为大型脑动物出生后神经可塑性提供了重要证据，对理解脑发育和修复机制具有重要价值。

　　

在动物王国中，嗅觉系统展现出了惊人的可塑性，这种能力甚至持续到成年期。对于像猪这样拥有高度发达嗅觉系统的大型哺乳动物来说，理解其大脑如何在新环境中适应和学习显得尤为重要。与常见的小鼠模型不同，猪的大脑在大小、结构和发育方式上更接近人类，这使得它们成为研究大脑可塑性的理想模型。然而，关于猪大脑在出生后特别是幼年阶段是否仍能产生新的神经元，以及这些神经元如何整合到现有的神经环路中，科学界仍存在争议。

传统观点认为，成年哺乳动物大脑中只有两个区域能够持续产生新的神经元：侧脑室的室下区(SVZ)生成嗅球(OB)的中间神经元，以及海马齿状回的颗粒下区(SGZ)生成颗粒细胞。但在大型脑动物中，研究人员在许多大脑皮层区域都发现了表达未成熟神经元标志物双皮质素(DCX)的细胞，这些细胞是否真的是在出生后新产生的，还是只是在出生前生成但保持未成熟状态，一直是争论的焦点。

为了解决这一问题，研究人员在《Brain Structure and Function》上发表的最新研究中，以2.5-3.5月龄的幼猪为模型，深入探究了其嗅觉系统中DCX阳性细胞的分布、增殖能力和细胞表型。研究发现不仅证实了猪大脑中存在大量的未成熟神经元，还发现了这些细胞正在活跃增殖的证据，挑战了大型脑动物出生后神经发生能力有限的观点。

研究团队运用了多种关键技术方法，包括对幼猪脑组织进行冠状、矢状和水平三个平面的切片处理；使用免疫组织化学和免疫荧光技术检测DCX、Ki-67、Brn2、NeuN、calretinin(CR)和tyrosine hydroxylase(TH)等多种标志物的表达；通过共聚焦显微镜进行高分辨率成像；并借助尼氏染色进行脑区定位识别。这些方法的综合运用使研究人员能够全面分析未成熟细胞在不同嗅觉脑区的分布特征、增殖状态和细胞表型。

DCX阳性细胞在室下区和喙侧迁移流中的分布与增殖能力

研究发现，在幼猪大脑侧脑室的喙侧延伸部分（嗅脑室）周围的室下区(SVZ)存在大量的DCX阳性细胞。这些细胞中有部分共表达细胞增殖标志物Ki-67，表明它们正在活跃分裂。更重要的是，研究人员观察到了形成链状结构的DCX阳性细胞，这些细胞呈切线方向排列，形成了典型的喙侧迁移流(RMS)，从SVZ向前延伸至前嗅区(AO)和嗅球。在这些迁移链中，也发现了共表达Ki-67的细胞，表明即使在迁移过程中，这些细胞仍保持增殖能力。

嗅球中DCX阳性细胞的分布与表型特征

在主要嗅球(MOB)中，绝大多数DCX阳性细胞位于颗粒细胞层(GCL)，仅有极少数存在于 glomerular层(GL)和外丛状层(EPL)。这些细胞大多表现出神经元特性，表达NeuN标志物。有趣的是，许多DCX阳性细胞还共表达calretinin(CR)，但不表达tyrosine hydroxylase(TH)。mitral细胞层(MCL)中的mitral细胞虽然表达CR和Brn2，却不表达DCX，表明它们是成熟神经元。不同细胞中DCX与NeuN或CR的表达强度呈现相反的梯度变化，提示这些细胞可能处于不同的成熟阶段。

前嗅区中DCX阳性细胞的分布与表型特征

前嗅区(AO)的不同亚区显示出不同的DCX阳性细胞分布模式：外侧部分呈单层分布，背侧部分呈斑片状分布，而内侧部分则呈双层分布。在这些区域，研究人员区分出了不同形态的DCX阳性细胞：内部区域多为小胞体、简单树突的细胞，外部区域则多为大胞体、具有复杂顶树突的细胞。一些细胞共表达Ki-67，表明它们仍在增殖。多数DCX阳性细胞共表达转录因子Brn2，部分还同时表达CR，提示这些未成熟细胞可能最终分化为谷氨酸能神经元。

梨状皮层和其它嗅觉皮层区域中DCX阳性细胞的分布与迁移路径

在梨状皮层(Pir)，DCX阳性细胞主要分布在II层，包括具有锥体形或半月形胞体的细胞（类似成熟锥体神经元）以及小圆形胞体的细胞（可能为未成熟神经元）。在III层中，研究人员发现了放射状排列的DCX阳性细胞链，这些链从皮层下的白质（外囊和杏仁囊）延伸至皮层II层。类似的迁移细胞链也在内嗅皮层(EC)中被发现。这些迁移链中的一些细胞共表达Ki-67和Brn2，表明它们在迁移过程中仍在分裂，并可能最终分化为谷氨酸能神经元。在皮层II层中，大多数DCX阳性细胞表达NeuN，许多还表达CR或Brn2，仅有少数表达TH。

研究结论表明，幼猪的嗅觉系统中存在大量的未成熟神经元，这些细胞不仅存在于传统的神经发生区域（SVZ和RMS），还广泛分布于多个嗅觉相关皮层区域，包括前嗅区、梨状皮层、皮层杏仁核和内嗅皮层。重要的是，许多这些细胞共表达增殖标志物Ki-67，表明它们在出生后仍在分裂和增殖。多数未成熟细胞表达转录因子Brn2，提示它们可能分化为谷氨酸能神经元。

讨论部分指出，这一发现挑战了以往认为大型脑动物出生后神经发生能力有限的观点。虽然不能排除部分DCX阳性细胞是在出生前生成但保持未成熟状态的可能性，但增殖标志物的共表达强烈支持了幼猪大脑在出生后仍在多个嗅觉皮层区域产生新神经元的观点。这种神经发生和非神经源性可塑性的结合可能是大型脑动物适应复杂嗅觉环境的重要机制。

该研究的意义在于揭示了大型脑动物出生后大脑可塑性的细胞机制，为理解大脑如何在新环境中适应和学习提供了重要见解。此外，由于猪大脑与人类大脑在大小和结构上的相似性，这些发现也为研究人类大脑的可塑性和开发相关的再生医学策略提供了有价值的参考模型。未来的研究需要进一步探索这些新生成神经元的最终命运和功能整合机制，以及它们在嗅觉学习和记忆中的具体作用。