來(lái)源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯
大腦是人體最重要的器官，也可能是宇宙間最復(fù)雜的物體。在進(jìn)化過(guò)程中，人類大腦的皮層顯著增大，為各種高級(jí)認(rèn)知功能提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。解碼人腦的發(fā)育過(guò)程，將為我們理解“人何以為人”提供接近本質(zhì)的答案。
在探索人類大腦皮層為什么能夠變得更大的問(wèn)題時(shí)，人們常常把目光集中在神經(jīng)元胞體集中的灰質(zhì)區(qū)域。實(shí)際上，大腦皮層的白質(zhì)也在進(jìn)化過(guò)程中劇烈增大。相比小鼠等嚙齒類動(dòng)物的皮層白質(zhì)，人腦的皮層白質(zhì)體積有其3000倍。
近日，頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的研究論文，科學(xué)家們揭示出人類大腦在胚胎發(fā)育過(guò)程中，白質(zhì)區(qū)域如何擴(kuò)張的重要機(jī)制?！斑@一發(fā)現(xiàn)能幫助我們更好地了解人類大腦的皮層發(fā)育，也為探索白質(zhì)損傷相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)理和治療方法提供了依據(jù)?！边@項(xiàng)研究的第一作者和共同通訊作者黃薇博士介紹。
本研究的兩位通訊作者：黃薇博士和Arnold Kriegstein教授（圖片來(lái)源：研究作者提供）
在大腦皮層中，白質(zhì)是神經(jīng)纖維束集中的區(qū)域，主要由帶有髓鞘的神經(jīng)軸突組成，它們連接著大腦各個(gè)區(qū)域，對(duì)于大腦正常行使各種功能必不可缺。白質(zhì)的損傷與多種疾病有關(guān)，在皮層發(fā)育異常導(dǎo)致的疾病中常見(jiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致腦癱。
而在白質(zhì)中，少突膠質(zhì)細(xì)胞（oligodendrocyte）扮演了極為重要的角色。這類細(xì)胞形成了包裹神經(jīng)元軸突的髓鞘，促進(jìn)神經(jīng)信號(hào)的跳躍式傳導(dǎo)。它們也是白質(zhì)中數(shù)量最多的細(xì)胞類型，在白質(zhì)急劇擴(kuò)張時(shí)滿足增加髓鞘形成的需求。
先前，一些科學(xué)團(tuán)隊(duì)利用小鼠等動(dòng)物為模型，對(duì)少突膠質(zhì)細(xì)胞如何產(chǎn)生、分化等發(fā)育過(guò)程有了基本認(rèn)識(shí)。然而，嚙齒類動(dòng)物的大腦結(jié)構(gòu)畢竟與人類差別巨大，人腦中的少突膠質(zhì)細(xì)胞有哪些特殊的發(fā)育性質(zhì)？對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答顯得尤為重要。這正是本次研究帶來(lái)的突破所在。
人類和小鼠在大腦結(jié)構(gòu)上有巨大差異（圖片來(lái)源：MSU Human Brain Atlas， Brainmaps.org）
在這項(xiàng)工作中，研究人員利用細(xì)胞表面蛋白的抗體富集人類胚胎大腦皮層中的干細(xì)胞，并結(jié)合單細(xì)胞測(cè)序、腦片培養(yǎng)和實(shí)時(shí)顯微觀察等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人類皮層不同干細(xì)胞進(jìn)行類型特異性的熒光標(biāo)記、譜系追蹤和遺傳突變操作。
他們由此觀察到，靈長(zhǎng)類動(dòng)物中特有的一類膠質(zhì)細(xì)胞，外側(cè)放射狀膠質(zhì)細(xì)胞（oRG），不僅有助于在大腦灰質(zhì)產(chǎn)生大量神經(jīng)元，還為人腦白質(zhì)提供了額外的少突膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源。
此外，在妊娠中晚期，少突膠質(zhì)前體細(xì)胞（OPC）會(huì)經(jīng)歷連續(xù)的對(duì)稱分裂，以指數(shù)方式擴(kuò)大自身數(shù)量，從而為產(chǎn)生大量少突膠質(zhì)細(xì)胞做好準(zhǔn)備。有趣的是，新產(chǎn)生的大量OPC還會(huì)相互排斥，朝相反方向遷移，達(dá)到了避免局部積累、確保廣泛分布的效果。
研究作者總結(jié)說(shuō)，額外來(lái)源、持續(xù)分裂和快速擴(kuò)散三大性質(zhì)，大幅度提高了少突膠質(zhì)細(xì)胞的生成數(shù)量，從而促進(jìn)大腦皮層的白質(zhì)擴(kuò)張。
本研究示意圖
值得一提的是，研究作者在論文的討論部分還指出，過(guò)去對(duì)于小頭畸形等皮層發(fā)育異常性疾病的研究往往集中于神經(jīng)元，很少考慮膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育異常。“然而，我們的研究發(fā)現(xiàn)，臨床上報(bào)道過(guò)的致病基因不僅在神經(jīng)元內(nèi)表達(dá)，在少突膠質(zhì)前體細(xì)胞中也有較高的表達(dá)水平。”黃薇博士說(shuō)道，“這表明，膠質(zhì)細(xì)胞在這些遺傳性疾病中的原發(fā)性作用值得注意。”
