来自拜罗伊特大学的生物学家发现了斑马鱼中枢神经系统中受损神经元的一种独特的快速再生形式。他们研究了毛氏细胞,毛氏细胞是鱼逃跑行为的唯一原因,以前被认为是不能再生的。然而,它们再生的能力关键取决于受伤的位置。在其他动物的中枢神经系统中,这样全面的神经元再生毫无疑问还没有被证明。科学家们在《通讯生物学》杂志上报告了他们的发现。
毛特纳细胞是动物大脑中发现的最大的细胞。它们是大多数鱼类和两栖动物的中枢神经系统的一部分,当捕食者靠近时,它们会触发救生逃跑反应。只有当毛氏细胞的某一部分,即轴突完好无损时,才能保证毛氏细胞的信号传输到运动神经元。轴突是一种细长的结构,它与细胞体的两端的细胞核相邻。如果轴突损伤发生在靠近细胞体的地方,Mauthner细胞就会死亡。如果轴突的另一端受损,失去的功能要么根本无法恢复,要么只能缓慢而有限地恢复。然而,毛氏细胞对轴突中部的损伤反应迅速,完全再生。事实上,在受伤后的一个星期内,轴突和它的功能就完全恢复了,并且鱼能够再次逃脱接近的捕食者。
“到目前为止,在其他动物的中枢神经系统中从未观察到如此快速的神经元再生。在这里,再生过程通常持续几个星期或几个月,”Alexander Hecker博士说,他是这项新研究的第一作者,也是动物生理学部门的成员。这一发现明显推翻了科学界广泛接受的观点,即毛特纳细胞无法再生。
然而,观察到斑马鱼再生后如此快的逃逸反应完全完整,并不能证明毛氏细胞的功能再生能力。有可能斑马鱼体内的其他神经元能够诱导这种救命的逃跑行为,从而取代毛氏细胞失去的功能。然而,由斯蒂芬·舒斯特教授领导的Bayreuth生物学家们于2020年1月在《美国科学院院刊》上发表的研究结果恰恰排除了这种可能性。他们首次证明只有毛氏细胞控制着斑马鱼的逃跑行为。如果轴突被不可逆转地破坏,鱼体内就没有其他细胞能够弥补损失。
“毛特纳细胞现在为我们提供了一种可能性,来研究在同一神经系统内单个细胞受伤后的不同反应:一方面是再生过程的缺失或不足,另一方面是强大和完全的再生。”令人惊讶的是,轴突的损伤,导致了这种矛盾的反应,并没有相隔很远。阐明其原因是一个令人兴奋的研究领域,这也包括识别活跃于神经元再生的基因。如果我们找到毛氏细胞再生过程不能发生的原因,我们可能也能更好地理解阻止人类神经元再生的机制。”