在与血管的爱恨关系引导下生长运动神经元

当参与运动的神经元(称为运动神经元)形成时，它们必须建立从大脑、脑干或脊髓一直延伸到头部、手臂或脚趾尖的连接。神经元如何导航这些系统并“决定”在哪里以及如何生长在很大程度上是一个谜。

现在，索尔克研究所的科学家和意大利圣拉斐尔科学研究所的同事之间的一项新的合作研究表明，血管基因如何通过告诉血管让开，在运动神经元发育中发挥关键作用。

该研究结果于 2022 年 10 月 7 日发表在《神经元》杂志上，提供了对与血管的“推拉”关系如何的新理解——在这种关系中，生长的神经元既能吸引血管，又能将血管推开——指导运动神经元的生长和发育，可能还有全身各种细胞类型。

这一发现还有助于理解运动神经元连接被破坏的疾病，例如肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 或脊髓性肌萎缩症 (SMA)。

“这一发现揭示了一系列以前未被理解的分子和细胞相互作用，”共同通讯作者、基因表达实验室教授、Salk Benjamin H. Lewis 主席持有人 Samuel Pfaff 说。

“我们对这些基因如何调节血管生长和神经元发育的发现具有广泛的意义，从了解其他大脑回路如何形成，甚至了解癌细胞如何与其环境相互作用。”

运动神经元连接是在胎儿发育过程中形成的。这种连接神经系统的过程非常精确，细胞建立了数万亿个连接，遍及全身。然而，指导这种发展的遗传过程仍然知之甚少。

先前的研究集中在与运动神经元直接相关的特定基因的作用以及它们如何生长。但在这项研究中，科学家们采取了更宏观的方法，研究神经系统内外的基因。

研究人员随机分配了小鼠的基因突变，并仔细检查了动物发育中的运动神经元。令他们惊讶的是，他们发现运动神经元生长不正常的小鼠发生的突变不影响神经系统，而是影响血管系统，其中包括血管。

在健康小鼠中，运动神经元可以从脊髓中长出并穿过周围组织到达远处的肌肉群。然而，科学家们观察到，在具有血管突变的小鼠中，运动神经元似乎卡在了血管屏障后面。他们发现这种突变影响了血管感知接近的神经元并让开的能力。

“生长中的轴突和血管细胞之间存在碰撞，”共同通讯作者、意大利米兰圣拉斐尔科学研究所分子神经生物学组组长达里奥·博纳诺米 (Dario Bonanomi) 说，他以前是 Salk 的。“当你将这种受体从血管细胞中取出时，运动轴突会与血管发生碰撞，它们向肌肉的前进就会受损和受阻。”

这一发现阐明了发育中的神经元的微妙舞蹈，这些神经元需要吸引血管来促进它们的生长，同时也排斥它们移动。它与解决使用干细胞开发运动神经元“替代疗法”时必须克服的障碍有关，干细胞是运动神经元退化疾病的潜在治疗方法，包括 ALS 和 SMA。

未来，科学家们计划在其他情况下检查神经和血管之间的“串扰”，以及神经和血管系统如何应对中风、脑损伤以及 ALS 和 SMA 等退行性疾病。

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