蝾螈可以再生他们的大脑，揭示大脑进化和再生的秘密

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破解轴心转轴转再生的谜团可以改善重伤的医疗。来源：维基共享资源

axolotl（Ambystoma mexicanum）是一种水生蝾螈，以其再生脊髓、心脏和四肢的能力而闻名。这些两栖动物一生也很容易制造出新的神经元。1964年，研究人员观察到，即使完全切除了很大一部分，成年轴突也可以再生大脑的一部分。但一项研究发现，轴突大脑再生重建原始组织结构的能力有限。

那么，蝾螈在受伤后如何完美地再生他们的大脑呢？

作为一名研究细胞水平再生的研究人员，Ashley Maynard和他在苏黎世联邦理工学院的Treutlein实验室和维也纳分子病理学研究所的Tanaka实验室的同事想知道轴突是否能够再生大脑中所有不同的细胞类型，包括连接一个大脑区域和另一个大脑区域的连接。在他们最近发表的研究中，他们创建了一个构成轴突大脑一部分的细胞地图集，揭示了它再生的方式和跨物种的大脑进化。

为什么要看细胞？

不同的细胞类型具有不同的功能。他们能够专门扮演某些角色，因为他们各自表达不同的基因。了解大脑中有哪些类型的细胞以及它们的作用有助于澄清大脑如何工作的整体情况。它还允许研究人员对整个进化进行比较，并试图找到跨物种的生物趋势。

了解哪些细胞表达哪些基因的一种方法是使用一种称为单细胞RNA测序（scRNA-seq）的技术。该工具允许研究人员计算特定样本的每个细胞内的活性基因数量。这提供了每个细胞在收集时正在进行的活动的“快照”。

该工具有助于了解动物大脑中存在的细胞类型。科学家在鱼类、爬行动物、小鼠甚至人类中使用了scRNA-seq。

单细胞RNA测序可以提供有关样本中每个细胞的特定功能的信息。

映射轴声波特尔大脑

Ashley Maynard团队决定专注于轴突的脑。在人类中，大脑最大的分裂，包含一个称为新皮层的区域，在动物行为和认知中起着关键作用。在最近的进化过程中，与其他大脑区域相比，新皮层的体型大幅增长。同样，构成脑全细胞的细胞类型高度多样化，并随着时间的推移而变得复杂，使该地区成为一个有趣的研究领域。

他们使用scRNA-seq来识别构成轴突的不同类型的细胞，包括不同类型的神经元和祖细胞，或可以分裂成更多自身或变成其他细胞类型的细胞。他们确定了当祖细胞成为神经元时哪些基因是活跃的，并发现许多基因在成为成熟的神经元之前通过一种称为神经母细胞的中间细胞类型——以前未知存在于轴突中。

然后，团队通过去除其脑的一段来测试轴突再生。使用专门的scRNA-seq方法，能够在受伤后1到12周的不同再生阶段捕获和测序所有新细胞。最终，他们发现所有被删除的细胞类型都已完全恢复。

团队观察到大脑再生分三个主要阶段进行。第一阶段从祖细胞数量的迅速增加开始，这些细胞的一小部分激活了伤口愈合过程。在第二阶段，祖细胞开始分化为神经母细胞。最后，在第三阶段，神经母细胞分化为最初丢失的相同类型的神经元。

令人惊讶的是，该团队还观察到，被切除的区域与大脑其他区域之间断断的神经元连接已经重新连接。这种重新布线表明再生区域也恢复了其原始功能。

Axolotls的再生能力一直是科学家着迷的来源。

两栖动物和人类大脑

在进化谜题中添加两栖动物可以让研究人员推断大脑及其细胞类型如何随着时间的推移而变化，以及再生背后的机制。

当研究团队将轴突数据与其他物种进行比较时，他们发现其脑中的细胞与哺乳动物海马体、参与记忆形成的大脑区域和嗅觉皮层（大脑中参与嗅觉）表现出很强的相似性。他们甚至发现一种轴突细胞类型与新皮层有一些相似之处，新皮层是大脑中以人类感知、思想和空间推理而闻名的区域。这些相似性表明，大脑的这些区域可能在进化上是保守的，或者在进化过程中保持可比性，哺乳动物的新皮层在两栖动物的脑中可能具有祖先细胞类型。

虽然他们的研究揭示了大脑再生的过程，包括涉及哪些基因以及细胞最终如何成为神经元，但研究团队仍然不知道是什么外部信号会引发这个过程。

该团队不会独自解决大脑进化的难题。哥伦比亚大学的Tosches实验室探索了另一种蝾螈Pleurodeles waltl细胞类型的多样性，而中国广东医学院的Fei实验室和生命科学公司BGI的合作者探索了轴索洛特前脑细胞类型的空间排列。

识别轴突大脑中的所有细胞类型也有助于为再生医学的创新研究铺平道路。小鼠和人类的大脑在很大程度上已经失去了自我修复或再生的能力。严重脑损伤的医疗干预目前侧重于药物和干细胞疗法，以促进或促进修复。检查允许轴突细胞实现近乎完美的再生的基因和细胞类型可能是改善严重损伤治疗和释放人类再生潜力的关键。

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