海馬區(qū)中的神經(jīng)細(xì)胞（紅色）| 圖片來(lái)源：Thomas Deerinck, NCMIR/SPL

撰文 | 糖獸

在過(guò)去20多年間,，神經(jīng)科學(xué)界最大的爭(zhēng)論點(diǎn)之一便是——人類大腦的神經(jīng)元是否能隨著生命的進(jìn)程而持續(xù)更新，人類又是否能通過(guò)提高大腦的固有再生能力讓大腦重新煥發(fā)生機(jī),？這不僅是個(gè)有趣的研究課題,，同時(shí)也極具應(yīng)用意義。很多人都希望能利用大腦的再生能力,，來(lái)改善認(rèn)知,、治療損傷和疾病。

人類大腦的海馬區(qū)是一個(gè)對(duì)學(xué)習(xí)能力和記憶力都至關(guān)重要的區(qū)域,，科學(xué)家一直致力于在該區(qū)域中尋找新神經(jīng)元會(huì)否在整個(gè)生命周期中持續(xù)出現(xiàn)的證據(jù),。過(guò)往的許多研究工作都集中在海馬的一個(gè)被稱為齒狀回的區(qū)域，有的結(jié)果顯示出成人大腦的齒狀回區(qū)中每天都有多達(dá)數(shù)百個(gè)新的神經(jīng)元出現(xiàn),，但也有一些研究認(rèn)為成人的新增神經(jīng)元非常少,。

盡管學(xué)界對(duì)這一問(wèn)題的結(jié)論存在差異，但總體而言大家認(rèn)為成人大腦的海馬區(qū)是可以持續(xù)產(chǎn)生新神經(jīng)元的,?？涩F(xiàn)在，一項(xiàng)新的研究結(jié)果似乎要顛覆這一長(zhǎng)久以來(lái)的認(rèn)知：研究人員發(fā)現(xiàn),，一旦成年以后,，大腦中的海馬區(qū)會(huì)停止產(chǎn)生新的神經(jīng)元。

神經(jīng)科學(xué)家 Arturo Alvarez-Buylla 教授是大腦發(fā)育領(lǐng)域的頂級(jí)專家,，在過(guò)去30年中,，他一直相信新生神經(jīng)元可以在鳴禽和嚙齒類動(dòng)物的整個(gè)生命周期中產(chǎn)生。但幾年前,，當(dāng)他對(duì)一個(gè)保存完好的成人大腦樣本進(jìn)行觀察時(shí),，只在某幾處區(qū)域發(fā)現(xiàn)了少量的新生神經(jīng)元,，但完全沒(méi)海馬區(qū)中發(fā)現(xiàn)。

于是 Alvarez-Buylla 決定擴(kuò)大研究范圍,，在組建了一個(gè)龐大的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)后,，他們得以對(duì)59個(gè)年齡范圍從胎兒到70多歲成人的海馬樣本進(jìn)行分析。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)結(jié)果就是：他們僅在胎兒和兒童的樣本中發(fā)現(xiàn)了新生的神經(jīng)元,；在能看見(jiàn)新生神經(jīng)細(xì)胞的樣本中,，最大年紀(jì)是13歲，而且數(shù)量非常少,；在18歲的樣本中,，便找不到任何東西。因此他們的結(jié)論是,，海馬體中的新生神經(jīng)元數(shù)量會(huì)在出生后開(kāi)始減少,，并在成年期幾乎降至為零。

若果真如此,，那么這對(duì)患有某些腦部疾病的患者將是巨大的打擊,。因?yàn)槿藗兿胍揽看竽X產(chǎn)生新神經(jīng)元的能力來(lái)治療——如阿爾茲海默病和帕金森等——神經(jīng)退行性疾病的希望將化為泡影。3月7日,，《自然》雜志對(duì)這一研究進(jìn)行了公布,，結(jié)果一經(jīng)發(fā)表便引發(fā)廣泛熱議。

在新研究中,，59個(gè)海馬體樣本里有37個(gè)屬于在不同年齡段,、因不同原因死亡的捐贈(zèng)者，另外22例樣本則從摘除自經(jīng)歷了癲癇治療手術(shù)的患者,。

研究人員使用不同的抗體來(lái)鑒別不同類型和成熟狀態(tài)的細(xì)胞（包括神經(jīng)干細(xì)胞和祖細(xì)胞,、新生和成熟神經(jīng)元、和非神經(jīng)元膠質(zhì)細(xì)胞）,，分析了樣本中出現(xiàn)的新生神經(jīng)元和神經(jīng)干細(xì)胞數(shù)量的變化,。并且還根據(jù)細(xì)胞的形狀和結(jié)構(gòu)檢查了被標(biāo)記的細(xì)胞，以確認(rèn)它們確實(shí)是神經(jīng)元,、神經(jīng)元干細(xì)胞或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,。

他們?cè)谔汉托律鷥簶颖镜凝X狀回內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量的新生神經(jīng)元——在新生兒的海馬樣本里，每平方毫米的腦組織內(nèi)能觀察到平均1618個(gè)新的神經(jīng)元,。但這一數(shù)量在早期嬰兒樣本中急劇下降——1歲左右嬰兒的齒狀回樣品內(nèi)含有的新神經(jīng)元數(shù)量比新生嬰兒少5倍,。這種下降會(huì)持續(xù)到兒童期，相比于1歲嬰兒,，7歲兒童樣本內(nèi)的新增神經(jīng)元數(shù)量又下降了23倍；再觀察13歲樣本時(shí)發(fā)現(xiàn),，這一數(shù)字會(huì)再降低5倍,，并且這些神經(jīng)元也比在年輕大腦樣本中看到的要更為成熟,。研究人員在早期青春期樣本中，在每平方毫米的齒狀回組織內(nèi)僅觀察到約2.4個(gè)新細(xì)胞,，而在成人樣本中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何新生神經(jīng)元的蹤影,。

大腦中的海馬區(qū)：左邊顯示了嬰兒產(chǎn)生的大量新生神經(jīng)元（綠色），中間和右邊分別為13歲和35歲,，可以看出成年后便不再產(chǎn)生新神經(jīng)元,。| 圖片來(lái)源：Thomas Deerinck, NCMIR/SPL

對(duì)于這樣的結(jié)果，許多神經(jīng)科學(xué)家表示無(wú)法完全信服,，因?yàn)檫@與多個(gè)海馬在人的生命過(guò)程中不斷產(chǎn)生神經(jīng)元的證據(jù)相矛盾：在過(guò)去的20年里,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人類和動(dòng)物（如嚙齒動(dòng)物）的海馬神經(jīng)元的新增量會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而降低，但即便是在非常成年的個(gè)體中,，也能找到少數(shù)新生的神經(jīng)細(xì)胞,。

德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 Gerd Kempermann 認(rèn)為，僅因研究人員沒(méi)能在這次實(shí)驗(yàn)中看到海馬體內(nèi)新生的神經(jīng)元,，并不代表它們就不存在,。此外，Kempermann 對(duì)實(shí)驗(yàn)方法也提出了自己的看法,，他認(rèn)為 Alvarez-Buylla 等人用分子標(biāo)記技術(shù)來(lái)標(biāo)記的是在個(gè)體死亡后的48小時(shí)內(nèi)收集到的大腦樣本,；而這些標(biāo)記分子能否可靠地對(duì)新生神經(jīng)元進(jìn)行標(biāo)記，很大程度上取決于生物組織的質(zhì)量,，而組織的質(zhì)量又受到樣本在死亡多久之后才受到防腐爛處理的影響,。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)方法持謹(jǐn)慎態(tài)度的還有阿姆斯特丹大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 Paul Lucassen，他解釋說(shuō),，用于保存和穩(wěn)定組織樣本的化學(xué)物質(zhì)有可能進(jìn)一步阻礙標(biāo)記分子與靶細(xì)胞結(jié)合,，在這樣的條件下，標(biāo)記分子很難正常運(yùn)作,。

不僅如此,，還有神經(jīng)科學(xué)家提出，大腦捐贈(zèng)者的身體狀況和精神狀況對(duì)分析結(jié)果也至關(guān)重要,。神經(jīng)科學(xué)家 Fred Gage 認(rèn)為：“捐贈(zèng)者是否鍛煉身體,？是否臥床不起？是否因病痛而導(dǎo)致沮喪抑郁”都與觀察結(jié)果相關(guān),，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng),、壓力和疾病等因素會(huì)影響海馬的新生神經(jīng)元數(shù)量。

新生兒的齒狀回中的新生神經(jīng)元（綠,、黃）,，以及更成熟的神經(jīng)元（紅）。| 圖片來(lái)源：Arturo Alvarez-Buylla 實(shí)驗(yàn)室

Alvarez-Buylla 很坦然地承認(rèn)研究存在某些局限性，但他對(duì)研究結(jié)果表示相信,。他說(shuō)：“我們做足了完整的功課,，研究了不同年齡段的許多樣本?！倍已芯咳藛T也認(rèn)為,，無(wú)論他們的搜尋有多么全面和仔細(xì)，都不可能完全確定在成年海馬體中絕對(duì)不會(huì)有任何新的神經(jīng)元出現(xiàn),。論文的第一作者 Shawn Sorrells 說(shuō)：“退一步想,，我們應(yīng)該問(wèn)問(wèn)這意味著什么。如果神經(jīng)再生是如此罕見(jiàn),，我們甚至都無(wú)法檢測(cè)到它,，那它真的還能在學(xué)習(xí)和記憶方面發(fā)揮重要作用嗎？”

研究人員認(rèn)為,，人腦中神經(jīng)再生的缺失并不一定是件壞事,，這能為了解人類大腦與其他動(dòng)物之間的區(qū)別、探索更新更好的大腦疾病治療方案指明新的道路,。

而且正如倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家 Sandrine Thuret 所說(shuō),，盡管存在爭(zhēng)議，但卻能對(duì)這一研究領(lǐng)域產(chǎn)生一些直接影響：它能鼓勵(lì)更多的研究人員在成年海馬體中尋找新生的神經(jīng)元,，還能推動(dòng)研究人員研發(fā)出更好的標(biāo)記分子來(lái)跟蹤生物體中神經(jīng)元的形成,。而研究結(jié)論引發(fā)的爭(zhēng)論，必進(jìn)一步推動(dòng)科研人員對(duì)這一問(wèn)題的研究和思考,。

參考來(lái)源：

[1] Sorrells, S. F. et al. Nature http://dx./10.1038/nature25975 (2018)

[2] Kempermann, G. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 7, a018929 (2015).

[4] https://www./news/2018/03/409986/birth-new-neurons-human-hippocampus-ends-childhood

《環(huán)球科學(xué)》3月刊現(xiàn)已上市