神經科學的一個重大謎團可能最終得到答案:弗吉尼亞大學醫學院的科學家已經確定了阿茲海默症,巴金森病和其他神經退化性疾​​病中特定腦細胞神秘死亡的潛在解釋。

新的研究表明,由於腦細胞中天然存在的基因變異,細胞可能會死亡,直到最近,這些基因變異被認為是基因相同的。這種變化 - 稱為“體細胞鑲嵌現象” - 可以解釋為什麼顳葉中的神經元是阿茲海默氏症中第一個死亡的神經元,以及為什麼多巴胺能神經元是巴金森氏症中第一個死亡的神經元。

“這是神經科學中一個大問題,特別是在各種神經退化性疾​​病中,”神經科學家邁克爾麥康納爾博士說,他是UVA腦免疫學和神經膠質中心(BIG)的博士。“這個選擇性漏洞是什麼?它的基礎是什麼?現在,通過我們的工作,向前推進的假設是,大腦的不同區域實際上在年輕人中具有不同的這些[變異]的花園並且不同區域的生命後期會有所下降。“

最意想不到的結果

麥康奈爾對思覺失調症的研究意外地發現了這一發現。正是在這種背景下,他和他的合作者首次發現了個體腦細胞基因組成的意外變化。這一發現可能不僅有助於解釋思覺失調症,還有憂鬱症,雙相情感障礙(躁鬱症),自閉症和其他疾病成因。

繼續他的調查,麥康奈爾預計這種鑲嵌現象會隨著年齡的增長而增加 - 突變會隨著時間的推移而累積他和他在約翰霍普金斯大學的合作者所發現的恰恰相反:年輕人擁有最多的鑲嵌現象,而老年人則最少。

“我們最終建造了一個包含來自15個人的神經元的圖譜。這些人都沒有患病,”UVA生物化學與分子遺傳學系和UVA神經科學系的McConnell說。“它們的年齡範圍從不到一年到94年不等,它顯示出完美的相關性 - 完美的年齡反相關性。”

根據這一發現,McConnell認為具有顯著遺傳變異的神經元(稱為CNV神經元)可能最容易死亡。這可以解釋不同神經退化性疾​​病中特定神經元的特異性死亡。例如,顳葉中CNV神經元數量最多的人可能會患上阿茲海默症。

McConnell說,需要做更多的工作才能充分了解正在發生的事情。到目前為止,他只研究了大腦額葉皮質中的神經元,他的研究受限於神經元只能在死亡後進行檢查這一事實,因此很難進行直接比較。但他很高興擴大他的研究範圍。

“因為我正在與利伯研究所合作,他們擁有這個夢幻般的腦庫,現在我可以看一下個體的額葉皮層[用於思覺失調症研究],我可以看一下這些人的顳葉,”麥康納爾說。“所以現在我可以真正開始更仔細地繪製事物,從許多人那裡建立不同大腦區域的圖譜。”

這項研究可以極大地促進我們對神經退化性疾​​病和隨年齡增長而困擾我們的認知能力下降的理解,可能會導致新的治療方法。

鑲嵌現象真正有趣的是,它從根本上調整了我們對自然界的假設,因為我們總是認為任何一個人的每個細胞都有相同的基因組,每個細胞都有相同的DNA,”麥康納說。“而現在我們證實它的差異,以及代表的意涵。”

最後再補充一下鑲嵌現象:

 

最近數十年來,有越來越多研究發現,基因組並不只是在人與人之間有差異,它也可能在同一個身體裡、細胞與細胞之間產生。簡單來說,在我們的身體裡,可能在心臟細胞與肺臟細胞之間,分析出不同的基因訊息。

 這種在同一個生物體身上,同時擁有兩種或更多具有不同基因型細胞的現像,被稱為「鑲嵌現象」(mosaicism)。

科學家同時也發現到,鑲嵌現象不必然等於有疾病。事實上,通常是沒有疾病的。當一個受精卵(合子)開始於子宮內分裂,許多早期分裂出來的子代細胞,是具有錯誤染色體數量的細胞。多數這些細胞會因此分裂緩慢且死亡;不過,在帶有不同染色體狀況的前提下,還是有相當高比例的胚胎是可以存活的。

面對我們身體裡可能存在著的「鑲嵌現象」,目前仍很難去論斷,這對我們的生命將有何影響。但我們可以確知的是,鑲嵌現象為生物體的發展帶來了「不可預測性」(randomness)。正如同突變,原本就是來自隨機的現象,在每個人身上都會帶來不同的呈現。

參考文獻:

 

  1. William D. Chronister, Ian E. Burbulis, Margaret B. Wierman, Matthew J. Wolpert, Mark F. Haakenson, Aiden C.B. Smith, Joel E. Kleinman, Thomas M. Hyde, Daniel R. Weinberger, Stefan Bekiranov, Michael J. McConnell. Neurons with Complex Karyotypes Are Rare in Aged Human NeocortexCell Reports, 2019; 26 (4): 825 DOI: 10.1016/j.celrep.2018.12.107

參考連結文章:

https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=30997

 

 

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