普通鼩鼱季节性大脑缩小的程序性机制：通过水分流失而非细胞死亡实现的神经可塑性

本期推荐：为揭示小型哺乳动物季节性大脑缩小(Dehnel现象)的微观机制，研究团队采用扩散微结构成像(DMI)技术对普通鼩鼱(Sorex araneus)开展研究。发现冬季大脑体积减少9%主要源于细胞尺寸缩小而非细胞死亡，伴随细胞内水体积分数降低18.4%、细胞外水增加31%，水通道蛋白4(AQP4)表达下调。该发现阐明了神经组织通过可逆性水分调控实现能量节约的独特适应策略，为神经退行性疾病研究提供新视角。

　　

在严酷的冬季生存挑战下，普通鼩鼱展现出令人惊异的生物学现象——它们的大脑会像泄气的气球般季节性缩小，春季又能恢复原状。这种被称为Dehnel现象的神奇适应策略，自20世纪被发现以来就困扰着科学家：为何这些小型哺乳动物能可逆地改变脑容量而不损伤神经功能？传统观点认为脑组织萎缩往往伴随不可逆的细胞死亡，如阿尔茨海默病(Alzheimer's disease)中的β-淀粉样蛋白沉积导致认知衰退。但鼩鼱却打破了这一认知框架，它们如何在缩小大脑20%体积的同时保持正常行为？这个谜题背后可能隐藏着对抗神经退行性病变的全新机制。

为破解这个谜题，由Cecilia Baldoni领衔的国际研究团队在《Current Biology》发表了突破性成果。研究采用多学科交叉方法，通过7个月纵向追踪野生鼩鼱群体，结合前沿神经影像技术与细胞定量分析，首次在微观尺度揭示了季节性大脑重塑的生理机制。研究证实这种惊人的神经可塑性源于精妙的水分子调控，而非传统认为的细胞凋亡途径。

关键技术方法包括：采用高角分辨率扩散成像(HARDI)获取多b值扩散数据，通过扩散微结构成像(DMI)模型量化细胞内/外水体积分数；基于贝叶斯框架分析平均扩散率(MD)、分数各向异性(FA)等参数；使用立体定位仪进行全脑细胞计数；免疫荧光检测AQP4空间分布。样本来源于德国M?ggingen地区野外捕获的鼩鼱，夏季组(6月捕获)与冬季组(12-2月捕获)各5只。

季节性变化与脑区特异性萎缩

核磁共振体积测量显示冬季总脑体积减少21.08 mm³(9%)，其中脑桥/延髓(-4.9 mm³)、小脑(-2.31 mm³)和海马(-2.0 mm³)萎缩最显著，而中脑体积反常增加0.41 mm³。这种区域差异模式提示不同脑区采取特异性的适应策略，感觉运动相关区域优先保留结构完整性。

水分重分布驱动微观结构改变

扩散参数分析揭示冬季细胞内水体积分数降低18.4%，细胞外水增加31%，平均扩散率(MD)升高9.7%。径向扩散率(rD)的显著增加(11.3%)与分数各向异性(FA)降低7.2%，表明细胞外空间扩大导致水分子运动约束减少。这些变化与AQP4在皮层和海马的表达下调相吻合，证实水通道蛋白介导的渗透调节是关键机制。

细胞数量稳定性验证

全脑细胞计数显示冬季嗅球细胞数量显著增加，其他区域如海马、皮层虽未达统计学显著性但均呈现上升趋势。神经元与胶质细胞数量保持稳定，直接证实体积缩小源于细胞尺寸变化而非数量减少，推翻了过去关于神经退行性过程的假设。

结构-功能协调性保持

尽管微观结构发生显著改变，各脑区间水分体积比例关系保持稳定。轴向扩散率(aD)与FA的正相关关系在季节间持续存在，说明白质纤维的拓扑结构得以保留。这种"量变质不变"的特征，使大脑能在缩小体积的同时维持神经网络功能完整性。

这项研究从根本上改变了人们对神经可塑性的理解，证明哺乳动物大脑可通过调控细胞水合状态实现可逆性体积变化。AQP4介导的水分重分布机制，为神经退行性疾病中异常液体代谢提供新的解释框架。特别值得注意的是，这种自然形成的神经保护策略——通过下调凋亡通路、维持细胞数量、调节渗透平衡来实现能量节约，为开发神经退行性疾病的干预策略指明新方向。研究揭示的"收缩-再生"双相调控模式，或将成为探索脑损伤修复的天然模型，其潜在转化价值值得深入挖掘。正如作者强调的，这种季节性可塑性挑战了传统神经科学中"萎缩即退化"的范式，为理解生物如何在极端环境下维持高级神经功能提供了教科书级案例。