一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，在可塑性過(guò)程中，突觸的突觸后室釋放胰島素樣生長(zhǎng)因子以加強(qiáng)神經(jīng)連接。

馬克斯·普朗克佛羅里達(dá)神經(jīng)科學(xué)研究所

8月3日消息

馬克斯·普朗克佛羅里達(dá)神經(jīng)科學(xué)研究所（Max Planck Florida Institute for Neuroscience，MPFI）的研究已經(jīng)確定了胰島素樣生長(zhǎng)因子促進(jìn)大腦可塑性的機(jī)制。研究結(jié)果近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上。

研究于2023年8月2日發(fā)表在《Science Advances》（最新影響因子：13.6）雜志上

 胰島素超家族（Insulin superfamily）的激素包括胰島素、胰島素樣生長(zhǎng)因子1 (IGF1)和胰島素樣生長(zhǎng)因子2 (IGF2)，不僅在調(diào)節(jié)血糖、代謝和生長(zhǎng)中起著至關(guān)重要的作用，而且在健康的大腦發(fā)育和功能中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，包括學(xué)習(xí)和記憶。這些激素可以從肝臟通過(guò)血流進(jìn)入大腦，也可以在大腦內(nèi)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中直接合成。它們與包括 IGF1 受體在內(nèi)的受體結(jié)合，激活調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長(zhǎng)和活動(dòng)的信號(hào)。這種信號(hào)通路的破壞與認(rèn)知能力下降和阿爾茨海默病等疾病有關(guān)。

為了了解 IGF1 和 IGF2 是如何促進(jìn)大腦健康的，科學(xué)家們研究了海馬體中這條信號(hào)通路的激活，海馬體是大腦中對(duì)學(xué)習(xí)和記憶至關(guān)重要的區(qū)域。具體來(lái)說(shuō)，他們想要探究 IGF 信號(hào)是否在突觸可塑性過(guò)程中是活躍的，突觸可塑性是在記憶形成過(guò)程中加強(qiáng)神經(jīng)元之間聯(lián)系并防止認(rèn)知能力下降的細(xì)胞過(guò)程。

為了做到這一點(diǎn)，馬普的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種生物傳感器，可以檢測(cè)到 IGF1 受體何時(shí)活躍，使他們能夠可視化涉及可塑性的信號(hào)通路的活動(dòng)。當(dāng)一個(gè)突觸經(jīng)歷可塑性過(guò)程時(shí)，科學(xué)家們觀察到 IGF1  受體在增強(qiáng)的突觸和附近的突觸中被強(qiáng)勁地激活。這種受體的激活對(duì)突觸的生長(zhǎng)和可塑性的增強(qiáng)至關(guān)重要。然而，激活受體的 IGF 從何而來(lái)尚不清楚。

然而，這篇科學(xué)論文的首席研究員、第一作者 Xun Tu 博士描述，能夠在可塑性過(guò)程中可視化受體激活給他們提供了線索。她解釋說(shuō)：“ IGF 受體的激活位于經(jīng)歷可塑性的突觸附近的事實(shí)表明，IGF1 或 IGF2 可能在海馬神經(jīng)元中產(chǎn)生，并在可塑性過(guò)程中局部釋放。”

為了探索這一假設(shè)，科學(xué)家們測(cè)試了海馬神經(jīng)元是否會(huì)產(chǎn)生和釋放 IGF1 和 IGF2。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn) IGF1 和 IGF2 的產(chǎn)生存在區(qū)域特異性差異。海馬 CA1 區(qū)神經(jīng)元產(chǎn)生 IGF1，CA3 區(qū)神經(jīng)元產(chǎn)生 IGF2。當(dāng) CA1 或 CA3 神經(jīng)元以模擬突觸可塑性的方式被激活時(shí)，IGF 被釋放。重要的是，當(dāng)科學(xué)家們破壞神經(jīng)元產(chǎn)生 IGF 的能力時(shí)，IGF1  受體在可塑性和突觸生長(zhǎng)和加強(qiáng)過(guò)程中的激活就被阻斷了。

該研究的資深作者和馬普科學(xué)總監(jiān)  Ryohei Yasuda 總結(jié)了研究結(jié)果。“這項(xiàng)工作揭示了神經(jīng)元中的局部自分泌機(jī)制，這對(duì)大腦的可塑性至關(guān)重要。當(dāng)一個(gè)突觸經(jīng)歷可塑性過(guò)程時(shí)，IGF 被局部釋放，激活同一神經(jīng)元上的 IGF1 受體。破壞這種機(jī)制會(huì)損害可塑性，這凸顯了其在維持認(rèn)知健康方面的關(guān)鍵作用。”

這一新機(jī)制的發(fā)現(xiàn)揭示了記憶是如何在大腦中編碼的，并強(qiáng)調(diào)了進(jìn)一步研究大腦中胰島素超家族激素的重要性。科學(xué)家們希望了解胰島素樣生長(zhǎng)因子促進(jìn)大腦可塑性的機(jī)制，將有助于研究以這一信號(hào)通路為靶點(diǎn)是否可以防止認(rèn)知能力下降和對(duì)抗像阿爾茨海默病這樣的疾病。

創(chuàng)立于2010年的馬克斯·普朗克佛羅里達(dá)神經(jīng)科學(xué)研究所

參考文獻(xiàn)

Source：Max Planck Florida Institute for Neuroscience

Insulin-like hormones critical for brain plasticity

Reference：

Xun Tu et al. ,Local autocrine plasticity signaling in single dendritic spines by insulin-like growth factors.Sci. Adv.9,eadg0666(2023).DOI:10.1126/sciadv.adg0666

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       原文標(biāo)題 : 胰島素樣激素對(duì)大腦可塑性至關(guān)重要