脑科学动态

由贝勒医学院Benjamin Deneen和圣犹大儿童研究医院的Stephen Mack领导的研究团队完成的最新研究，揭示了室管膜瘤（EPN）的生物学机制，并为开发新的治疗方法提供基础。

研究人员通过开发动物模型，结合人类肿瘤样本，研究了5-羟色胺神经元活动对室管膜瘤生长的影响。他们发现，背侧缝核（dRN）中的神经元分泌的5-羟色胺可以减缓肿瘤生长，而5-羟色胺通过与肿瘤细胞内的组蛋白H3结合，调控肿瘤细胞的基因表达。这种结合导致组蛋白5-羟色胺化，进而影响一组发育转录因子的表达。其中，ETV5转录因子的过表达会引起染色质三维结构的变化，抑制神经递质（如神经肽Y，NPY）的基因表达。研究还发现，恢复NPY的表达能够通过突触重塑减缓肿瘤的进展和肿瘤相关的网络过度活跃。该研究揭示了神经信号、表观基因组和发育程序如何相互作用，驱动脑癌的恶性发展，为未来治疗提供了新的研究方向。研究发表在Nature上。

皮肤样本有望成为神经发育障碍诊断的关键

阿德莱德大学Lachlan Jolly和Jozef Gecz等研究人员发现，通过上臂皮肤小样本进行基因诊断，可以非侵入性地识别罕见的神经发育障碍。该研究开发了一种新的方法，将基因变异转录为RNA，从而帮助确定这些变异是否致病。通过在实验室中从患者的皮肤活检培养细胞并激活大脑疾病基因的表达，研究团队成功获取了基因的RNA转录本。这以前只能通过患者的脑组织样本来实现，而这种样本很难获得或不建议使用。

具体来说，该团队采用两种方法来诱导基因表达：CRISPR激活基因转激活和成纤维细胞转分化为神经元。在初步筛查中，40个基因中的20个在皮肤成纤维细胞（HDFs）中的表达提高了6到90000倍。将HDFs直接转分化为神经元，193个与神经疾病相关的基因中有193个得到了表达。通过结合短读和长读RNA测序，研究人员调查了USH2A、SCN1A、DMD和PAK3基因变异对RNA的影响。该方法为那些通常无法获得基因诊断的个体提供了新的希望，减少了高度侵入性程序的需求，并为更好的护理、支持和精准治疗提供了机会。研究发表在 The American Journal of Human Genetics 上。

在青少年时期，大脑经历了显著的认知网络重塑，这一过程既促进了复杂认知功能的成熟，也可能导致更大的不稳定性和对负面环境影响的易感性。Max Planck研究所的Meike Hettwer和Sofie Valk领导的研究，调查了环境风险因素如何影响14至24岁青少年的心理健康，并探讨了个体对这些因素的敏感性随时间的变化。

研究团队利用剑桥和伦敦的公开数据集，分析了2000多名青少年的心理健康状况，并在141名参与者中考察了脑部髓鞘化情况。髓鞘是一种包裹神经细胞突起的白色保护层，确保信号顺畅传递并加强网络连接的稳定性。研究采用了重复的髓鞘敏感磁共振成像（MT）和静息态功能神经成像，并在两个时间点（相隔一至两年）收集了141名青少年的数据，评估了不利生活事件、家庭功能障碍和社会经济状况等压力因素。

结果显示，随着年龄的增长，适应能力增强的青少年的前额叶皮层髓鞘化程度更高，这一大脑区域对心理健康和高级认知功能的联系起着重要作用。那些变得更为脆弱的青少年的前额叶髓鞘化变化较少，说明网络的稳定性与髓鞘化程度息息相关。研究还观察到，随着适应能力的增强，关联皮层经历了广泛的髓鞘化重构，功能重组减弱。这表明，髓鞘化过程的动态性可能对有风险的青少年具有潜在的干预益处，通过增加与支持性心理社会服务的积极接触，可以促进大脑的经验依赖性可塑性。研究发表在Nature Communications上。

星形胶质细胞与神经元周围基质网合作维持突触稳态

突触是神经元之间的关键连接，通过它们的信号传递实现复杂的内在过程如思维和情感。弗吉尼亚大学医学院的研究团队调查了星形胶质细胞和围神经网络在调节突触活动方面的联合作用。研究人员通过注射细菌酶Chondroitinase ABC降解小鼠大脑中的神经元周围基质网（PNNs），观察到突触仍然保持原位，而星形胶质细胞延伸其过程覆盖去除PNNs后的膜区域。此外，谷氨酸溢出导致相邻神经元的信号传递受到影响。

研究表明，PNNs和星形胶质细胞在保持突触稳态中的独特作用。具体来说，快速放电抑制性神经元的突触末端定位于PNNs孔洞中，约95%的PNNs孔洞包含突触和表达Kir4.1、谷氨酸和GABA转运体的星形胶质细胞过程。PNNs的降解导致星形胶质细胞对神经元胞体的覆盖扩展，但不改变轴突末端，同时削弱了星形胶质细胞对神经递质和钾离子的摄取，导致谷氨酸溢出到突触外空间。研究发表在 Nature Neuroscience 上。

天生失明者的视觉皮层连接模式如同指纹般独特

乔治敦大学医学中心的研究团队发现，天生失明者的大脑视觉皮层具有独特的连接模式，类似于指纹。研究团队对一组天生失明者进行了为期两年的功能性核磁共振成像（fMRI）扫描，使用神经影像技术分析大脑各区域的神经连接。

研究结果表明，天生失明者的视觉皮层在不同人之间的连接模式差异显著，且这种差异性在时间上保持稳定。具体而言，研究发现这些连接模式与个体独特的体验和大脑组织方式相关，能够在不同任务（如声音定位、形状识别或静息状态）下保持一致。通过多体素模式分析，研究团队可以根据这些独特的连接模式准确识别参与者的身份。这些发现表明，出生后的经历会显著影响大脑的多样化发育方式，特别是在天生失明的情况下。这种大脑可塑性使得大脑可以根据不同个体的发展需求，灵活地组织和使用视觉皮层。研究发表在PNAS上。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了高分辨率3D图像技术，揭示了小鼠大脑血管在不同年龄段的变化。研究团队利用串行双光子断层扫描和光片荧光显微镜等，绘制了小鼠大脑血管的详细图谱。

通过对年轻和老年小鼠大脑的对比研究，研究人员发现随着年龄的增长，血管长度和分支密度减少了约10%，而血管半径则增加了约7%。动脉的弯曲度也随着年龄的增长而增加，尤其是在深层皮质、海马网络和基底前脑区域，这些区域在注意力、睡眠和记忆处理等功能中起着重要作用。此外，研究发现老年大脑的血管响应速度减慢，导致神经元无法迅速获得所需的能量，血脑屏障的功能也受到损害。这些变化可能是导致老年认知能力下降和神经退行性疾病的原因。该研究为早期诊断和干预提供了重要线索。研究发表在 Nature Communications 上。

美国化学学会的研究团队开发了一种利用外泌体载体将荧光传感器传递到大脑的方法，这些传感器可以通过血脑屏障检测阿尔茨海默病相关的神经递质。

研究团队将由DNA片段（适配体）制成的荧光传感器封装在脑细胞衍生的外泌体中，并在实验室模型和小鼠模型中进行了测试。血脑屏障实验室模型显示，传感器加载的外泌体比传统系统高效近四倍地通过了内皮屏障并释放到脑细胞中。

在阿尔茨海默病小鼠模型中，外泌体传送的传感器主要积累在大脑中，而非自由浮动的传感器主要留在血液、肝脏、肾脏和肺部。研究人员通过荧光信号测量发现，外泌体传送的传感器能够准确定位和测量大脑不同区域的ATP浓度，尤其是在与阿尔茨海默病相关的海马区、皮层和下丘脑区域观察到了低水平的ATP。此项研究展示了利用外泌体传送ATP反应传感器进行无创活体大脑成像的潜力，并可进一步开发用于检测其他临床相关的神经递质。研究发表在 ACS Central Science 上。