人類大腦由數(shù)十億個神經(jīng)細(xì)胞，即神經(jīng)元組成，這些細(xì)胞在廣泛互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交流。為了保證大腦的正常功能，興奮性神經(jīng)元與抑制性神經(jīng)元之間的信號必須保持微妙的平衡：興奮性神經(jīng)元傳遞信息并提高活動水平，而抑制性神經(jīng)元則限制活動，防止其他神經(jīng)元過度活躍或失控。這種興奮與抑制之間的平衡對大腦的健康和穩(wěn)定至關(guān)重要。
為了保持平衡，大腦依賴于興奮性神經(jīng)元（增加活動）和抑制性神經(jīng)元（抑制信號）?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，后期生成的抑制性神經(jīng)元成熟更快，這一過程由特定基因引導(dǎo)。
晚期生成抑制性神經(jīng)元的加速成熟機(jī)制
抑制性神經(jīng)元在大腦發(fā)育過程中由前體細(xì)胞分裂產(chǎn)生。前體細(xì)胞是尚未完全特化但已定向發(fā)育為神經(jīng)元的未成熟細(xì)胞。由Max Planck生物智能研究所的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的新研究，在小鼠模型中揭示了一個重要發(fā)現(xiàn)：后期生成的抑制性神經(jīng)元比早期生成的同類細(xì)胞成熟得更快。相關(guān)研究已發(fā)表于《Nature Neuroscience》期刊。
Max Planck生物智能研究所的研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人Christian Mayer表示：“這種快速成熟幫助后期生成的神經(jīng)元趕上早期生成的神經(jīng)元，使得它們在融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時能處于相對同步的發(fā)展水平。”他指出：“這至關(guān)重要，因為若無此調(diào)整，早期生成的神經(jīng)元有更充裕的時間形成連接，其突觸數(shù)量可能遠(yuǎn)超后期生成的神經(jīng)元。這種差異會導(dǎo)致神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)失衡，表現(xiàn)為部分細(xì)胞連接過多或過少。”
染色質(zhì)重塑驅(qū)動的基因時空調(diào)控
圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1081539
圖片信息：大腦興奮性神經(jīng)元（白色）和抑制性神經(jīng)元（黑色）。
在這項研究中，研究人員還探討了后出生的抑制性神經(jīng)元加速成熟的調(diào)控機(jī)制。他們確定了參與這一過程的特定基因，并揭示了這些基因如何調(diào)控細(xì)胞在特定時空選擇性讀取（轉(zhuǎn)錄）和利用其遺傳信息。
研究發(fā)現(xiàn)，后期生成抑制性神經(jīng)元的快速成熟，與產(chǎn)生它們的前體細(xì)胞發(fā)育潛能的變化有關(guān)，而這些變化是由染色質(zhì)狀態(tài)（或染色質(zhì)可及性）的重組觸發(fā)的。簡單來說，這意味著細(xì)胞會調(diào)整細(xì)胞核中特定DNA區(qū)域的可達(dá)性，使關(guān)鍵的發(fā)育指令更易于被讀取。
這些基因或其調(diào)控過程中的遺傳變異，例如突變或表達(dá)水平的改變，可能在早期胚胎階段干擾大腦的正常發(fā)育進(jìn)程，從而可能與某些神經(jīng)發(fā)育差異相關(guān)聯(lián)。因此，這項研究有望為理解生命早期大腦發(fā)育進(jìn)程出現(xiàn)異常的機(jī)制提供新的洞見。
發(fā)育時序的跨物種演化意義
這些發(fā)現(xiàn)突顯了抑制性神經(jīng)元在大腦發(fā)育過程中及時成熟并整合的重要性，無論其生成時間早晚。這些細(xì)胞成熟并整合到大腦網(wǎng)絡(luò)的速度是由遺傳機(jī)制精準(zhǔn)調(diào)控的，這個過程被稱為“發(fā)育時間”。
眾所周知，不同哺乳動物的發(fā)育時間線存在顯著差異。在人類中，大腦發(fā)育的時間窗口遠(yuǎn)長于許多其他哺乳動物。這一較長的發(fā)育窗口被認(rèn)為有助于人類大腦構(gòu)建更復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并維持更持久的神經(jīng)可塑性，這與其高度發(fā)達(dá)的認(rèn)知功能相關(guān)。這些新發(fā)現(xiàn)為科學(xué)家理解抑制性神經(jīng)元成熟時序為何在發(fā)育中被嚴(yán)格調(diào)控，以及這種時序差異如何可能導(dǎo)致物種間大腦發(fā)育特征的不同，提供了新的線索。
神經(jīng)發(fā)育調(diào)控的新范式與展望
新揭示的機(jī)制凸顯了遺傳因素和適當(dāng)發(fā)育節(jié)奏對大腦健康的重要性。這些機(jī)制也可能為探索某些神經(jīng)發(fā)育差異背后的生物學(xué)基礎(chǔ)開辟新的研究途徑，推動未來更深入的研究。
期刊：Nature Neuroscience
DOI：10.1038/s41593-025-01999-y
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