位于成人脑室区-室下区(ventricular-subventricular zone,V-SVZ)的神经干细胞(neural stem cells,NSCs)每天可生成数千个嗅球(olfactory bulb,OB)中间神经元;V-SVZ是脑内最大的干细胞巢(niches;或称为微环境)。成人NSCs是异质的,位于V-SVZ不同区域的NSCs可生成不同亚型的OB中间神经元。美国哥伦比亚大学的Paul等人发现,下丘脑的表达阿黑皮素原的神经细胞发出了区域化的长距离的投射,使神经分布至前腹侧V-SVZ,并调节了NSCs的增殖。饱食和空腹可影响该神经回路的活性。
在该研究中,研究人员首先筛选了使V-SVZ的NSCs增殖的化合物,结果发现,刺激阿片样物质(内啡肽)受体的化合物可使静止期的干细胞发生增殖。因此,研究人员将内啡肽确认为刺激静止期干细胞增殖的因子。
接下来,研究人员对内啡肽的来源进行了研究,结果发现,内啡肽的表达定位于前腹侧V-SVZ,而且内啡肽神经纤维直接与前腹侧的NSCs直接接触。内啡肽是阿黑皮素原的翻译后分解产物,因此研究人员对位于下丘脑的表达阿黑皮素原的神经细胞进行了研究。结果发现,下丘脑的表达阿黑皮素原的神经细胞使神经分布于前腹侧V-SVZ(而非V-SVZ的其他区域)。
为研究该下丘脑神经细胞是否与NSCs增殖有关,研究人员特异性地消除了表达阿黑皮素原的神经细胞,使该神经细胞数下降了66%,结果发现,前腹侧V-SVZ的NSCs增殖程度下降了61%。相反,在增加该表达阿黑皮素原的神经细胞的活性后,同侧的NSCs增殖程度增加。
令人惊讶的是,该表达阿黑皮素原的神经细胞是与空腹和饱腹的调节相关的重要神经细胞。研究人员对饱腹时、空腹时及空腹后给予饲料时该神经细胞的活性进行了研究。结果发现,该细胞的活性在空腹时减少,在饱腹时恢复,而且NSCs也相应地在空腹时减少,在给予饲料后增殖。相应地,该刺激也对OB中间神经元的数目进行了调节。也就是说,空腹和饱腹通过调节下丘脑-V-SVZ的连接的活性来调控成年小鼠的神经发生。
该研究表明,NSCs随着神经兴奋状态不同出现了增加或减少。在各种神经疾病中,人们观察到了NSCs的增殖低下,如果这是神经网络的变化所引起的,那么未来可能开发应对策略。(作者:黄希瑶)
参考文献:Science 2017;356:1383-1386