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大腦形成的新見解

peregrine
・2011/02/16 ・1817字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 632 ・十年級

本文轉載自PEREGRINE科學點滴

圖片取自原文網址

來自美國斯克里普斯研究所(the Scripps Research Institute)的一項研究,業已揭露控制大腦形成的驚人機制。就瞭解包括智力遲鈍、癲癇、精神分裂及自閉症等若干疾病而言,此研究發現具有諸多意涵。

該項由斯克里普斯研究所Ulrich Mueller教授領導的研究,發表於2011年2月10日版的《神經元》(Neuron)雜誌。

於該項新研究中,Mueller及同僚們著重於一種被稱為搖晃素(reelin)的蛋白質。他們發現,在新神經細胞到新腦皮層(neocortex)的遷移中,搖晃素是要角。新腦皮層是大腦負責諸如語言及動作等高階功能的部分。

意外地,此些科學家也發現,搖晃素不依賴神經膠質細胞(glial cells:該種細胞經常起導引神經細胞移動的作用)地影響上述遷移過程。

當人類大腦發育時,新形成的神經細胞從起源處遷移到大腦不同的區域。一旦到達適當目的地,神經細胞互相聯結形成錯綜複雜的迴路及負責各種不同腦部功能的網絡。擾亂上述神經細胞遷移進程的任何事物會導致不當形成的腦部,其結果通常是具破壞性的。

50多年前,研究人員發現一種具有新腦皮質及小腦(cerebellum)被不當組織起來,而影響正常行走能力的突變老鼠。後來,研究人員發現該種由於步態踉蹌而被稱為踉蹌鼠(reeler)的老鼠,是受到一種被稱為搖晃素之特定基因突變體的影響,而搖晃素為神經細胞產生的一種蛋白質編譯密碼。

在罹患平腦症(lissencephaly:一種導致大腦缺乏典型皺褶的疾病)孩童中,人類的上述基因是突變的。在罹患大腦異常小(也就是小頭畸形:microcephaly)的孩童中也已被確認出諸多搖晃素突變體。

雖然上述觀察資料顯示,在適當的大腦形成中,搖晃素諒必扮演關鍵角色,不過迄今無人確切知曉那角色是什麼。

自從搖晃素基因於1995年被確認以來,研究人員發現了類似的蛋白質,由一些神經細胞釋出且與其他神經細胞上的受體(receptors)結合。之後,於神經細胞中,上述結合觸發級聯的化學反應,也就是一種信號傳遞途徑。此類信號傳遞途徑最終在標的細胞中產生變化:這是細胞對環境各類刺激作出反應的方法之一。

Mueller宣稱:「他們知曉,搖晃素與神經細胞上的若干受體結合,且發起不同的信號傳遞途徑,不過他們想瞭解的問題是,此些途徑調節新神經細胞的遷移?倘若有,又如何調節?」

為了解答此些問題,該團隊結合了若干最近幾年已成為可資使用的技術。此些科學家使用螢光染劑來標記老鼠胚胎大腦的神經細胞,而後使用特殊顯微鏡來即時觀察此些細胞於大腦新腦皮質中的移動。

以此方式,Mueller的團隊比較了神經細胞,於搖晃素信號傳遞途徑完整無缺之正常老鼠及該途徑已遭阻擾之突變老鼠中的移動。此些科學家對他們的發現感到訝異。

研究人員們早就知道,新形成的神經細胞循著大腦中,被稱為神經膠質細胞的特定型細胞緩慢行進。也就是,神經膠質細胞充當了此些神經細胞的嚮導。不過,最近幾年的諸多研究揭露,不依賴神經膠質的導引,某些神經細胞也能找到它們的目的地。因為,此些神經細胞生長出一條伸展來找尋正確路徑,而後細胞主體尾隨前進的長臂。

在此領域的研究人員們曾想當然而地認為,新腦皮質的形成涉及神經膠質導引的策略。不過經由造影研究,Mueller及同僚們發現,當神經細胞中的搖晃素途徑被鈍化時,此些細胞不再像正常老鼠的細胞般,遷移到新腦皮質中的適當處所。而且此些神經細胞也不依循神經膠質的導引,而是憑藉自已的方式移動。

Mueller宣稱:「搖晃素並不影響神經膠質導引的移動,不過搖晃素突變體卻不斷地擾亂大腦結構。」

此研究發現暗示,就新腦皮質的形成而言,與神經膠質無關的遷移比科學家們曾想像過的更重要得多,及搖晃素以某種方式控制此遷移過程。

儘管搖晃素藉以影響遷移的機制並不完全被瞭解。Mueller的團隊業已確認一些,搖晃素為了產生其影響力而與之傳遞信息的分子。

在大腦形成中扮演角色之另一種眾所周知的分子是由鈣黏蛋白(cadherins)所組成。當細胞移動時,鈣黏蛋白為細胞提供了黏附於另一細胞的分子膠黏物(molecular glue)。Mueller及同僚們證實了,搖晃素控制鈣黏蛋白於神經細胞的功能。

未來的諸多研究將會確認出其他扮演角色的分子。因而,當此些新分子被發現時,Mueller計劃與遺傳學家們合作,來找尋人類對應基因中的突變體。

Mueller宣稱:「他們早已知曉,於泛自閉症障礙(autism spectrum disorder)中,一些鈣黏蛋白被涉及。因而他們可能找到,於精神分裂及自閉症中被涉及的額外基因。」

該由美國國家衛生研究院(the National Institutes of Health)、斯卡格斯化學生物學研究所(the Skaggs Institute for Chemical Biology)、多里斯神經科學中心(the Dorris Neurscience Center)、Generalitat Valenciana及Ministorio de Educacion所資助的研究,除了Mueller之外,論文撰文人還包括Cristina Gil-Sanz及Sarah R. Harkins-Perry。

原文網址:http://www.scripps.edu/news/press/20110209.html

翻譯:peregrine

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peregrine
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人類的遠古好兄弟:認識鯊魚的「適應性免疫系統」——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/23 ・1867字 ・閱讀時間約 3 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

你可能聽過這個說法:鯊魚不會得癌症。事實上,牠們的免疫系統接近完美,牠們幾乎不會得任何疾病,牠們的免疫系統在過去幾億年裡都沒多大變化。是不是很神奇?

可惜,這都是無稽之談。沒錯,鯊魚的免疫系統非常驚人,全身分布有許多有趣而且有效的抗菌和抗病毒分子,牠們患癌症的概率也的確比人們通常預計的更低,但是鯊魚仍然會患上各種疾病,包括腫瘤。除此之外,數百萬隻鯊魚每年死於愚蠢。不是牠們自己的愚蠢(就智力而言,鯊魚還行),而是人類的愚蠢,特別是那些認為鯊魚軟骨產品可以「提高免疫力」、抗發炎甚至抗癌的江湖郎中。那種認為「鯊魚有完美的免疫系統」的觀念是由那些想透過賣軟骨藥而大賺一筆的藥商推動的,這背後的研究也不可靠。真正的科學研究已經揭穿了這些騙人的鬼把戲,但是依然有人在獵殺鯊魚,依然把它們的骨骼碾碎,當成「神奇的藥方」。

所謂「鯊魚的免疫系統從未改變過」的說法也經不起推敲。根據化石證據,我們的確發現今天的鯊魚跟牠們幾億年前的祖先「看起來 」 沒什麼差別,顯然,這讓一些人認為,鯊魚在其他方面也沒有任何變化。但這裡有一個重要區別:鯊魚的體型解決的是在水中穿行的問題;鯊魚的免疫系統解決的則是對抗病原體的問題。水沒有發生演化,但是病原體卻一直在演化。想必你明白我的意思了。

模樣特別古老的皺腮鯊(Chlamydoselachus anguineus)。圖/WIKIPEDIA by Citron

鯊魚有適應性免疫系統,也有完整可辨認的 T 細胞、B 細胞、抗體,以及各種其他組成。鯊魚跟人類的適應性免疫系統有許多差異,畢竟,我們分開的時間已經很久了。不過,牠們在許多基本的細節上跟我們類似,我們可以自信地說,某種類似的適應性免疫系統在四億年前(我們分開的時候)就已經出現並且發揮功能了。

牠們選擇留在水裡,發育出可以替換的鋒利牙齒,追逐魚類,而我們(更準確地說,是那些不再是硬骨魚的我們)則爬到岸上,失去了鰓,發育出了四肢,又過了許多年,我們回到海裡,拍攝了多部關於鯊魚及其鋒利牙齒的驚悚電影。儘管如此,我們的免疫系統提醒我們,在不同的外表之下,鯊魚和我們其實是失散多年的兄弟

但是,讓我們沿著演化史再往回走一步,來到所有的脊椎動物分成兩類—有頜與無頜脊椎動物—的時間點。你也許沒聽說過還有無頜脊椎動物;老實說,這一類生物後來活得不太好,只有兩個科的動物避免了滅絕的厄運,活到了今天:七鰓鰻和盲鰻。這兩種動物長得都比較搞笑,牠們看起來像是努力要長成魚,但是好像不太合格,直到最近,人們一直都認為牠們並沒有適應性免疫系統

屬於無頷類的盲鰻,是韓國炒魚菜的原料。圖/WIKIPEDIA

也許牠們不需要:第一批有頜脊椎動物可能是掠食者,而掠食者往往會活得更久,後代更少,而且一般更注重質而不是量。同樣可以推斷,牠們在演化過程中對感染的抵抗力更強。鯊魚、人類、其他魚類以及所有有頜脊椎動物都有一個胸腺和脾臟,而且在各個物種裡無論是形狀還是功能看起來都比較類似,但是七鰓鰻和盲鰻就沒有。研究人員仔細檢查了無頜脊椎動物的基因組,發現牠們也沒有 T 細胞、B 細胞或者抗原受體的重組基因。但是問題在於,牠們實際上是有適應性免疫系統的—只是跟我們的不一樣而已。

這一點其實意義重大。我們以為我們的適應性免疫系統相當特殊,但是我們現在看到,適應性免疫系統在脊椎動物中似乎出現了兩次,而且是獨立演化出來的。

這也許是一種經典的趨同演化(convergent evolution):正如鳥類和蝙蝠各自以不同的方式演化出了翅膀,無頜脊椎動物使用一種和我們一樣的隨機重排機制,來增加抗原受體基因的多樣性,但是牠們使用的是跟我們這些有頜脊椎動物完全不同的一套基因,這種重排機制使用的是不同的酶,做著完全不同的事情。同樣地,牠們的淋巴球類型跟我們的也不一樣。不過,牠們的免疫系統看起來跟我們的一樣有效。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田出版

麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
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