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J Neurosci:「變身」神經元還是星形膠質細胞?得先問問它


腦科學新聞在哺乳動物大腦發育過程中,神經前體細胞首先分化為神經元,然後分化成星形膠質細胞。細胞分化命運的改變是大腦產生適量神經元和星形膠質細...

- 2019年6月29日00時00分
- 科學文摘 / 腦科學新聞

腦科學新聞

在哺乳動物大腦發育過程中,神經前體細胞首先分化為神經元,然後分化成星形膠質細胞。細胞分化命運的改變是大腦產生適量神經元和星形膠質細胞的關鍵過程。

研究人員發現,在小鼠發育中的大腦皮層里,成纖維細胞生長因子(FGF)調節著從神經元到星形膠質細胞的轉換。成纖維細胞生長因子,是調節哺乳動物大腦皮層細胞分化命運開關的充分且必要的細胞外因子。


在胎兒大腦發育過程中,神經幹細胞分化為神經元和星形膠質細胞。神經元先形成(左圖),星形膠質細胞後形成(右圖)。這項研究揭示了細胞分化過程如何由神經元到星形膠質細胞最後轉變為FGF信號。圖片來源:金澤大學

神經元和星形膠質細胞是大腦皮層中重要的細胞類型。神經元是腦中主要的信息處理器,而星形膠質細胞支持和調節神經元的工作。大腦的正常工作,依賴於胎兒腦發育過程中產生適量的神經元和星形膠質細胞。如果只產生神經元或只產生星形膠質細胞,大腦就無法正常工作。

在胎兒大腦發育過程中,神經元和星形膠質細胞都是由神經幹細胞產生的。這些神經幹細胞幾乎是大腦皮層中所有細胞的源頭。神經幹細胞首先分化成神經元,然後分化成星形膠質細胞。

改變神經幹細胞從神經元向星形膠質細胞分化的開關引起了人們的廣泛關注,因為這個開關是產生適量神經元和星形膠質細胞的關鍵。然而,人們對這個開關的了解還不多。

左圖為神經幹細胞分化為神經元,右圖顯示激活FGF信號能夠生成更多的星形膠質細胞。照片來源:金澤大學

金澤大學的研究小組表明,神經幹細胞在大腦皮層中分化成兩種類型細胞的開關基於FGF信號通路。更具體地說,研究發現:


在大腦皮層引入成纖維細胞生長因子(FGF)增強了FGF信號傳導,導致本該成為神經元的細胞分化為星形膠質細胞。

另一方面,抑制FGF信號導致本該成為星形膠質細胞的細胞分化為神經元(圖3)。

因此,這項研究提示了在胎兒大腦發育過程中決定神經元和星形膠質細胞正確數目的一個重要機制。

左上角的圖表明激活FGF信號會導致產生的神經元更少,但形成的星形膠質細胞更多(右上角)。另一方面,當FGF信號被抑制時,會產生更多的神經元(左下方),而星形膠質細胞的形成變少(右下方)。圖源:金澤大學

研究小組發現了在大腦皮層發育過程中,決定神經幹細胞分化為神經元還是星形細胞的開關,這個開關涉及到FGF信號通路。

這項發現對於理解神經細胞和星形膠質細胞數量不平衡引起的大腦疾病有幫助。通過確定哪些疾病是基於異常的FGF信號,我們可以對這些疾病有更深的病理學理解。

參考資料:


Tung Anh Dinh Duong et al, FGF signaling directs the cell fate switch from neurons to astrocytes in the developing mouse cerebral cortex, The Journal of Neuroscience (2019). DOI:

10.1523/JNEUROSCI.2195-18.2019

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