神經(jīng)細(xì)胞需要大量的能量和氧氣。他們通過血液接受這兩種物質(zhì)。這就是為什么神經(jīng)組織通常被大量的血管交叉。但是，是什么防止神經(jīng)元和血管細(xì)胞在生長過程中相互阻礙呢?海德堡大學(xué)和波恩大學(xué)的研究人員與國際合作伙伴一道，確定了一種解決這一問題的機(jī)制。研究結(jié)果已發(fā)表在該雜志上神經(jīng)元．

神經(jīng)細(xì)胞極度饑餓。我們通過食物攝入的熱量中約有五分之一進(jìn)入了大腦。這是因?yàn)楫a(chǎn)生電壓脈沖(動(dòng)作電位)并在神經(jīng)元之間傳遞它們是非常耗能的。因此，神經(jīng)組織通常被許多血管交叉。它們保證了營養(yǎng)和氧氣的供應(yīng)。

在胚胎發(fā)育期間，大量的血管在大腦和脊髓中發(fā)芽，也在眼睛的視網(wǎng)膜中發(fā)芽。此外，大量的神經(jīng)元在那里形成，它們彼此相連，并與肌肉和器官等結(jié)構(gòu)相連。這兩個(gè)過程必須互相體諒，以免妨礙對(duì)方。“我們已經(jīng)確定了一種確保這一點(diǎn)的新機(jī)制，”卡門·魯伊斯·德Almodóvar教授解釋說，她是波恩大學(xué)卓越免疫感覺集群和跨學(xué)科研究領(lǐng)域生命與健康的成員。

研究人員于2022年初轉(zhuǎn)移到波恩大學(xué)醫(yī)院的神經(jīng)血管細(xì)胞生物學(xué)研究所。自今年春天以來，她一直擁有一個(gè)特別設(shè)立的Schlegel教授職位，該大學(xué)旨在吸引優(yōu)秀的研究人員到波恩。然而，大部分研究仍然在她的老工作地點(diǎn)完成，曼海姆醫(yī)學(xué)院的歐洲血管科學(xué)中心，這是海德堡大學(xué)的一部分。這項(xiàng)工作隨后在波恩大學(xué)完成。在她的研究中，她和國際合作伙伴仔細(xì)觀察了小鼠脊髓中血管的形成。

脊柱停止生長

她說:“動(dòng)物在受精后大約8.5天開始在脊髓中出現(xiàn)血管。”“然而，在第10.5天和12.5天之間，血管不會(huì)向所有方向生長。盡管在這段時(shí)間內(nèi)，它們的環(huán)境中存在大量促進(jìn)生長的分子。相反，在這段時(shí)間里，大量的神經(jīng)細(xì)胞——運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元——從它們?cè)诩顾柚械钠鹪次恢眠w移到它們的最終位置。在那里，它們形成一種叫做軸突的延伸，從脊柱延伸到各種目標(biāo)肌肉。”

這意味著，當(dāng)血管不向它們生長時(shí)，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元會(huì)自我組織和生長。只有在那之后，血管才開始再次發(fā)芽。“整件事就像一個(gè)精心編排的舞蹈，”José里卡多·維埃拉解釋道。Ruiz de Almodóvar研究小組的博士生在這項(xiàng)研究中做了大部分工作。“在這個(gè)過程中，雙方都小心翼翼地不妨礙對(duì)方。”

但是這種舞蹈是如何協(xié)調(diào)的呢?顯然，通過運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元向血管細(xì)胞發(fā)出“停，現(xiàn)在輪到我了”的信息。為了做到這一點(diǎn)，它們使用一種釋放到環(huán)境中的蛋白質(zhì)——信號(hào)素3C (Sema3C)。它擴(kuò)散到血管細(xì)胞，并在那里停靠在一個(gè)叫做PlexinD1的受體上——從某種意義上說，這就是分子信息要傳遞給的耳朵。

耳聾的血管細(xì)胞不受控制地生長

“當(dāng)我們停止小鼠神經(jīng)元中Sema3C的產(chǎn)生時(shí)，這些神經(jīng)元所在的區(qū)域會(huì)過早形成血管，”Ruiz de Almodóvar教授解釋道。“這阻礙了神經(jīng)元軸突的正常發(fā)育——血管阻止了它們這樣做。”當(dāng)研究人員通過實(shí)驗(yàn)停止血管細(xì)胞中PlexinD1的形成時(shí)，他們獲得了類似的效果:由于這些細(xì)胞現(xiàn)在對(duì)神經(jīng)元發(fā)出的Sema3C信號(hào)充耳不聞，它們并沒有停止生長，而是繼續(xù)發(fā)芽。

結(jié)果證明了在胚胎發(fā)育過程中這兩個(gè)過程協(xié)調(diào)運(yùn)作的重要性。這些發(fā)現(xiàn)也有助于更好地了解某些疾病，例如由強(qiáng)大和不受控制的血管生長引起的視網(wǎng)膜缺陷。從長遠(yuǎn)來看，使用新發(fā)現(xiàn)的機(jī)制也可能有助于再生受損的大腦區(qū)域，例如脊髓損傷后。