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一半脑细胞来自人类的小鼠比同类更聪明

2014-12-05
神经胶质细胞,生命科学,神经元,鼠脑
一半脑细胞来自人类的小鼠,比同类更聪明
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环球科技观光团 发表于 昨天08:00
(NoahTsang/译)有一半大脑细胞都来自人类的小鼠已经被创造出来了,这些小家伙比它们的兄弟姐妹都要聪明。对此,精灵鼠小弟(Stuart Little)会怎么看呢?

“反正没我聪明。”电影《精灵鼠小弟》的主角是一只机智的小老鼠。图片来源:fond-ecran.com

这个想法可不是在模仿小说里的情节,通过对小鼠的整个脑部而非培养皿中的细胞进行研究,我们得以更好地了解人类的脑部疾病。

被改造过的小鼠仍然拥有小鼠的神经元——这些负责“思考”的细胞占据了它们脑细胞中半数左右。但它们脑中用于支撑神经元的神经胶质细胞几乎全都属于人类细胞。

“这本质上还是一个鼠脑,而非人脑。”纽约罗彻斯特大学医学中心(University of Rochester Medical Center)的史蒂夫·古德曼(Steve Goldman)解释说,“但脑中所有非神经元的细胞都属于人类。”

喧宾夺主

古德曼的研究团队从捐赠的人类胎儿当中提取了未分化的神经胶质细胞。他们把这些细胞注射到小鼠幼仔体内,在那里它们将长成星形细胞(astrocytes),一种星形的神经胶质细胞。

此后一年之内,鼠类的神经胶质细胞就已经彻底被这些来自人类的闯入者所取代。每只小鼠最初接受的30万个人类细胞经过增殖达到1200万的数目,取代了小鼠原有的细胞。“我们可以观察到人类的细胞占据全脑。”古德曼说,“看起来小鼠的胶质细胞都都逃到了边缘。”

星形胶质细胞对于有意识的思考活动而言非常重要,因为它们可以帮助增强神经元细胞之间的联系,也就是突触。它们的突起参与协调电信号在突触间的传递。

星形胶质细胞能建立丰富的细胞连接。图片来源: Riccardi Cassiani Ingoni/SPL

人类星形胶质细胞大约是小鼠星形胶质细胞的10-20倍大小,并且其突起数量大约是后者的100倍。这意味着在协调某一区域所有神经信号方面,人类星形细胞要远精于小鼠星形细胞。“这就像是增强了你电脑的能力。”古德曼说。

能力飞跃

一组针对小鼠的记忆和认知的标准测试表明,这种带有人类星形细胞的小鼠比其他同阶段的小鼠要聪明得多。例如,在一个衡量记忆能力的测试中,小鼠需要记住一个与温和电击同时出现的声音。具有人类细胞的小鼠在听到声音时僵住的时间是普通小鼠的四倍,这表明它们的记忆力也大约相当于其他小鼠的四倍。“这是非常惊人的结果,”古德曼说,“我们可以说它们比对照组的小鼠聪明的程度是统计学上显著的。”

古德曼和他的团队去年首次报道了拥有人类神经胶质细胞的小鼠更加聪明。但那时他们团队向小鼠注入的人类细胞是已经成熟的细胞,因此它们纯粹只是融入了小鼠的脑组织并留在原处。而这一次,他注入的是胶质前体细胞,这种细胞能够分裂增殖。他认为这解释了为什么这些细胞能完全占据小鼠的大脑,只在达到了空间的物理极限之后才停下来。

跨越物种

“观察人类的星形胶质细胞在小鼠体内所起到的作用是否跟它们在人类体内起的作用一样肯定是件非常有意思的事。”加利福尼亚州索尔克研究所(Salk Institute)的干细胞研究员弗雷德·盖奇(Fred Gage)说,“这可以揭示受体(小鼠)是否会调整细胞的命运,或者这些细胞是否会在小鼠体内保持与它们在人体内时相同的特性。”

“这些细胞在不同物种内也能发挥功能,这点是非常惊人的。但这也引出了另外一个问题,就是哪些特性是受到细胞控制的,哪些是受到新环境影响的。”德国路德维希·马克西米利安大学(Ludwig-Maximilians University)的沃尔夫冈·恩纳德(Wolfgang Enard)说。恩纳德的研究表明如果小鼠拥有了人类的Foxp2基因,它们的学习能力会更强。这个基因与人类语言的学习发展相关。

在平行实验中,古德曼给那些难以形成髓磷脂的小鼠幼仔注入了未成熟的人类神经胶质前体细胞。髓磷脂用于使神经绝缘。一旦进入小鼠的大脑,许多人类神经胶质细胞就会分化成少突胶质细胞——这种脑细胞专门生成绝缘材料。这也表明了细胞会通过某种途径探测缺陷并进行弥补。古德曼表示,这或许会在治疗一些髓鞘被破坏的疾病(如多发性硬化症)时起到很大作用。他已经提交了利用神经胶质前体细胞治疗多发性硬化症病人的申请,并希望在未来的12-15个月内开始临床试验。

仍是小鼠

为了进一步探索人类星形胶质细胞如何影响智力、记忆力和学习能力,古德曼已经把细胞移植进了比小鼠更聪明的大鼠体内。他表示:“我们已经完成了第一批移植,正在绘制细胞分布图。”

虽然这听起来很像是科幻小说里的工作——比如电影《深海变种》(Deep Blue Sea)里科学家们为了找到治疗阿尔茨海默病的办法而意外创造了极其聪明的鲨鱼,在实验室里做了手术提高了智力的小鼠阿尔吉农(Algernon),或者玛格丽特·阿特伍德(Margaret Atwood)笔下那只有着人类干细胞和人类思维的猪——古德曼很快摒弃了那些认为移植的细胞会不知怎么就让小鼠变得更像人的观点。“能以任何方式被归类为或认为是人类特有能力的东西,都不会因此出现在动物身上。”他说,“相反,人类细胞只是提高了小鼠神经网络的效率,它本质上还是一只小鼠。”

然而,研究团队也决定不会尝试把人类细胞注射到猴子体内。“我们曾大致考虑过这件事,但考虑到潜在的伦理问题的风险,我们决定不那样做。”古德曼说。恩纳德也认同把人类细胞移植到哪种动物当中是很难决定的。“如果你把动物改造得更像人了,你要在哪一步停下来呢?”(编辑:Calo)

文章题图:guidatv.sky.it

编译来源New Scientist, The smart mouse with the half-human brain
本文版权属于果壳网



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