細胞研究揭示頭部受傷如何導致嚴重的腦部疾病

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 16 日 12:00 | 分類 醫療科技 follow us in feedly

加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles,UCLA)的生物學家發現,頭部受傷會對個體細胞和基因產生不利影響,並可能導致嚴重腦部疾病。



這些科學家提供遭受創傷性腦損傷後,影響到海馬迴(hippocampus)的細胞地圖集(cell atlas)功能。海馬迴是人類及脊椎動物大腦的重要部分,有助調節學習和記憶。團隊還提出一些候選基因,用於治療與創傷性腦損傷相關的腦疾病,像是阿茲海默症(Alzheimer’s disease)和創傷後壓力症候群(post-traumatic stress disorder)。

研究人員研究了 15 種海馬細胞(hippocampal cell)中 6,000 多個細胞,這是針對遭受腦損傷的單一細胞類型的首次研究。每種細胞有相同 DNA,但不同細胞類型中被活化的基因也有不同。在這 15 種細胞類型中有兩種過去未知,各自有一組獨特的活化基因。

研究發表在《Nature Communications》雜誌。UCLA 神經外科、綜合生物學和生理學教授,也是研究共同資深作者 Fernando Gomez-Pinilla 表示:「每種細胞類型都不盡相同。」

生物學家發現數百個基因在遭受輕度創傷性腦損傷後(如腦震盪),會產生不利的影響。這些改變的基因可能在未來造成阿茲海默症、帕金森氏症和其他腦部疾病。

研究人員使用小鼠引發類似腦震盪的腦損傷,並以其他沒有遭受腦損傷的小鼠為對照組。研究人員分析兩組小鼠海馬迴的數千個細胞。他們的發現包括:

  • 腦部沒有損傷小鼠的 Ttr 基因表現量相當低,此基因的功能為調節代謝,並控制甲狀腺激素(thyroid hormone)。研究人員發現,腦外傷基本導致所有細胞類型提升 Ttr 基因的表現。他們得出結論,Ttr 對維持大腦健康非常重要,可能有助於為大腦帶來更多甲狀腺激素以維持新陳代謝。他們幫小鼠注射稱為 T4 的甲狀腺激素,發現 T4 改善了創傷性腦損傷引起的學習障礙,並逆轉影響學習和記憶的 93 個基因的變化。腦損傷後,新陳代謝會大大降低。生物學家認為 T4 可能可「重啟」新陳代謝系統。這種逆轉是一項重大的新發現。
  • 有證據表明 15 種細胞類型中至少有 12 種受腦外傷的負面影響,影響程度不一,有些細胞類型受到的影響比其他更強烈。
  • 研究人員觀察到與阿茲海默症有關的基因如何在不同細胞類型起作用,並提供這些基因受腦外傷影響時究竟是在哪裡作用的新資訊。「我們正試圖找出可在未來當作研究目標的細胞類型。」研究資深作者,也是 UCLA 整合生物學和生理學(integrative biology and physiology)副教授 Xia Yang 說。「或許阿茲海默症相關基因不一定要在所有細胞類型活化」。
  • 生物學家首次發現了幾個受到創傷性腦損傷影響的基因,這些基因與人類的神經質行為有關,像是抑鬱症、焦慮症和思覺失調等等。這項研究可為這些疾病帶來新的治療方法。
  • 大腦受傷可導致創傷後癲癇(post-traumatic epilepsy)。研究人員發現一種可用以治療這種癲癇的潛在關鍵基因。
  • 創傷性腦損傷改變了不同細胞與細胞之間的交流方式(下圖)。 此圖顯示各細胞類型會與哪些細胞類型溝通訊息(不同顏色代表不同細胞類型)。 左為顯示對照組小鼠,右為顯示受到腦損傷的小鼠。

(Source:UCLA

UCLA 數量和計算生物學(Quantitative and Computational Biology)研究所的 Yang 說:「若能得知一個人哪種細胞的哪個基因發生變化,將可為這個人帶來更精確的治療。」

UCLA 腦損傷研究中心(Brain Injury Research Center)成員 Gomez-Pinilla 描述,這項新研究為精準醫學(precision medicine)領域的一大進步,有望為疾病提供個人化治療。

(首圖來源:pixabay