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为探究成年小鼠脑室 - 脑室下区(V - SVZ)神经发生的维持机制,加州大学旧金山分校研究人员发现 B1 至 B2 细胞存在神经干细胞接力,意义重大。
在成年哺乳动物的大脑中,神经干细胞(NSCs)的存在为大脑的发育和功能维持提供了重要支持。其中,脑室 - 脑室下区(ventricular - subventricular zone,V - SVZ)是 NSCs 富集的区域,它就像一个充满活力的 “细胞工厂”,源源不断地产生神经元和神经胶质细胞,对维持大脑的正常功能至关重要。
然而,曾经科学家们认为大脑在成年后就不再有新细胞产生,随着研究的深入,才发现 NSCs 在成年大脑中依然活跃。早期研究发现,V - SVZ 中的 B1 细胞具有神经干细胞的特性,它们与脑室有顶端接触,被视为 V - SVZ 中真正的 NSCs。但令人困惑的是,B1 细胞在出生后的早期会急剧减少,可神经发生的减少速度却相对较慢,这暗示着可能存在其他细胞参与维持成年期的神经发生。于是,探究 V - SVZ 中神经发生的维持机制,寻找除 B1 细胞外的其他关键细胞,成为了神经科学领域亟待解决的问题。
为了揭开这个谜团,加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)的 Arantxa Cebrian - Silla、Marcos Assis Nascimento、Walter Mancia 等研究人员展开了深入研究。他们通过一系列实验,发现了成年小鼠 V - SVZ 中存在两种神经干细胞群体:脑室(ventricular,VZ)中的 B1 细胞和脑室下(subventricular,SVZ)中的 B2 细胞,并且 NSC 功能会从 B1 细胞逐渐传递到 B2 细胞,这一发现为解释成年期神经发生的维持机制提供了关键线索,对理解大脑的发育、衰老以及相关神经系统疾病的发病机制有着重要意义。
在研究过程中,研究人员运用了多种先进的技术方法。首先是形态学分析技术,利用透射电子显微镜(TEM)和共聚焦显微镜,对 B1 和 B2 细胞的形态结构进行细致观察,确定其在组织中的位置和特征;其次是细胞标记和追踪技术,通过注射 Violet CellTrace(VCT)和 BrdU 等标记物,追踪 B1 细胞向 B2 细胞的转化过程;转录组分析技术也至关重要,借助单细胞 RNA 测序(scRNA - seq),深入探究 B1 和 B2 细胞的转录组差异,挖掘其分子特征。
研究结果如下:
- B2 细胞是无顶端接触的 V - SVZ 星形胶质细胞:通过 TEM 和连续切片重建技术,研究人员发现 B2 细胞没有与脑室的顶端接触,但其初级纤毛 - 基体位于远离脑室表面的位置,这与 B1 细胞明显不同。利用共聚焦显微镜和特定的标记物染色,还确定了 B2 细胞在 V - SVZ 中的分布,发现其在楔区(wedge)等区域含量丰富。
- B2 细胞数量随年龄变化及来源:研究人员对不同年龄段小鼠的 B1 和 B2 细胞进行计数分析,发现 B2 细胞数量在幼年小鼠中显著增加,在成年期保持稳定,到老年时减少;而 B1 细胞数量在出生后的前几个月急剧下降。通过 VCT 标记实验表明,大量 B2 细胞在幼年时由 B1 细胞产生,且这种转化常与细胞分裂相关。
- B1 和 B2 细胞的转录组差异:转录组分析发现,B1 和 B2 细胞在转录组水平存在差异。B1 细胞表达与上皮身份相关的基因,如 Atf3、Actg1 等;B2 细胞则表达与细胞外基质相关的基因,如 Ptprz1 等。这些差异表明,B1 和 B2 细胞在功能和特性上存在不同,它们之间的转变涉及上皮相关基因的丢失。
- B2 细胞的激活状态和增殖能力:研究显示,B2 细胞可处于静止或激活状态,部分 B2 细胞表达表皮生长因子受体(EGFR)。BrdU 和 Ki - 67 标记实验表明,B2 细胞在体内能够增殖,且在老年小鼠中仍有一定的增殖能力。RNA 速度分析显示,B2 细胞更易转变为其他状态,是神经发生谱系中的重要中继细胞。
- B2 细胞的神经发生功能:通过将含有 B2 细胞的楔区组织移植到幼鼠体内,研究人员发现 B2 细胞能够产生神经元和少突胶质细胞,这直接证明了 B2 细胞在体内具有神经发生的能力。
研究结论和讨论部分指出,该研究揭示了成年 V - SVZ 中 B1 和 B2 细胞共同作为 NSCs,且 NSC 功能从 B1 细胞向 B2 细胞逐步传递的现象。这一发现不仅解释了随着 B1 细胞减少,神经发生仍能在成年期维持的机制,还为理解大脑发育、衰老过程中的神经发生变化提供了新的视角。同时,研究还发现 B2 细胞与人类大脑发育过程中的一些非上皮神经干细胞存在相似之处,这或许暗示着在大脑修复和神经系统疾病治疗方面存在潜在的应用价值。不过,目前研究仍存在一些局限性,例如缺乏区分 B1 和 B2 细胞的独特基因标记,部分体内实验尚未开展,转录组分析结果还需更多体内研究验证等。未来,需要进一步深入研究 B1 和 B2 细胞的特性和功能,探索它们在神经系统疾病治疗和大脑修复中的潜在应用,为神经科学领域的发展开辟新的道路。