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對于生物來說求偶非常重要,鳥類產生新的神經元來記憶歌曲是無可厚非的進化策略。那么作為高級靈長類動物的人類是否也能產生新的神經元呢?
答案是肯定的。成年人類的海馬區就被觀察到了有新的神經元產生,并且不像斑胸草雀被限定在春天!
神經元是什么?
在大眾話語體系里,我們很少聽到“神經元”,反而“神經”出現的頻率更高一些。這是一個模糊的概念。“神經”可以理解為神經元(neuron),也就是大腦里一個個形狀靈活多態的主要承擔信息接收、處理、傳遞的小單元;不過一般理解為神經束(nerve),即神經元發出的軸突(axon)經過髓鞘(神經膠質細胞)包裹后形成的“電線”。
既然有“電線”,那么必然有“電”了?
沒錯。軸突可以和別的神經元形成突觸,突觸就像神經進行信息傳遞的“驛站”,這就是神經元互相連接形成復雜又靈活的大腦的基礎。
神經元是如何產生的?
我們都知道,個體是從一個小小的受精卵發育而來的。那么這最初的一個細胞是如何產生出各種復雜的細胞種類(皮膚、血液、頭發、肌肉、骨骼、口腔黏膜等等),甚至高度精密、連接復雜(至今也不能被完全理解)的大腦的呢?
對于受精卵而言,這是簡單的,因為受精卯的發育方向就是“逐漸失去分化功能”,不同的細胞朝著不同的方向分化,最后產生不可分化的一個個形態功能固定的細胞。如果細胞也有詩意,一定會吟唱一句“一片森林里分出兩條路,而我選擇了人跡更少的一條,從此決定了我一生的道路”。
而在成年人體內,也有不斷產生新細胞的功能,但是可塑性已經不如胚胎。以沖經元為例,一旦出現神經損傷,還能否再生呢?
神經再生可行嗎?
不管是神經元(neuron)還是神經(nerve)的損傷,一旦發生,星形膠質細胞(astrocyte)就會替代受損的神經元,和一些別的細胞成分(此如小膠質細胞、底纖維細胞、寡突膠質細胞先導細胞、細胞碎片、血管內皮細胞等)和一些別的分子成分(膠原、纖維連接蛋白、層粘連蛋白等)形成傷疤(glial scar)。這些成分就像磚瓦和水泥一樣,迅速把受傷的部位填補上了。這個傷疤算是神經系統的自我保護,避免了神經網絡的穩態被干擾,然而,也為神經再生帶來了障礙。
神經元的損傷,本身是不可再生的。一旦發生重大損傷,就會導致神經元的死亡。但是可以通過干細胞治療(stem cell therapy)來實現重新分化出特定神經元的目的。這個過程就是模仿胚胎干細胞的發育(分化)過程,通過植入干細胞并且誘導千細胞分化成為具有特定功能的細胞,比如骨髓移植治療白血病就是這個原理。
由于干細胞極其珍貴,難以獲得,且干細胞移植還可能出現免疫排異反應。這就催生了更為瘋狂的想法,就是把自體細胞通過一系列干預手段進行“倒帶重播”:使其由“已分化”的狀態退回到“未分化”的狀態,這就成功制造出了排異反應較低的干細胞,而且想要多少就有多少!
神經束再生可以嗎?
另一個就是神經束(nerve/axon)的損傷。一般來說,神經束受損后,會出現以下兩種情況:神經元死亡或軸突繼續生長(白發再生)。
因此,神經損傷后,會面臨五個難題:
1.神經元不能死
2.軸突要繼續生長
3.軸突要穿過神經膠質傷疤
4.軸突找到正確的位置
5.形成新的髓鞘、突觸,功能恢復
如果前三大問題不能正確解決的話,將會導致功能喪失。而4、5兩大難題不能解決,就將形成錯誤的突觸,不僅功能喪失,還會帶來神經痛(neuropathic pain)。
那我們究竟怎樣來解決這些問題呢?
1、2:神經生長因子。神經生長因子能使神經元存活下來,并促進神經軸突的進一步生長。神經生長的作用在春天需要唱情歌的斑胸草雀大腦里也已經被證實了。
4:為軸突生長導航的一切因素。目前的研究有semaphorins,netrins,Ephnns,Cell Adhesion Molecule等軸突生長“精確制導”分子,通過吸引一排斥等相互作用,讓生長中的軸突能穿越重重障礙,按圖索驥找到正確的位置而不敲錯門。
5:形成髓鞘的細胞療法。
鑒于此,神經再生遇到的最麻煩的問題反而是:3:難以穿越的神經膠質傷疤(即我們前面說到的障礙)。由于神經膠質傷疤(glial scar)的存在,尤其是膠原(collagen)的存在,有幸逃過死亡命運重新上路甚至有人接應的軸突,遇到了難以翻越的綠壩長城。
不過目前已經有很成熟的動物實驗發現,一種存在于嗅覺系統的細胞——oIfactory ensheathing cells(OEC)(又叫olfactory ensheathing glia,OEG)能夠為生長中的軸突打通隧道。ensheathinq,望文生義,也是形成一種髓鞘。將這種細胞移植到神經膠質傷疤處,形成的空腔能夠使軸突生長穿過。