压力或会影响机体的神经回路并留下永久的痕迹

2018-09-10 绿谷生物 Nature
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 在雄性线虫性成熟之前,科学家们能通过“饥饿”来阻碍其进入青春期,近日,一项刊登在国际杂志Nature上研究报告中,来自哥伦比亚大学的科学家们通过研究表示,性成熟之前几天的饥饿压力会抑制大脑关键神经回路连线模式的正常改变,从而诱发成年雄性线虫表现不成熟。

图片来源:Hobert lab, Columbia University, N.Y.

研究者Oliver Hobert博士表示,我们发现,环境压力会永久且深远地影响发育中神经系统的连接性。这项研究中,研究人员对秀丽隐杆线虫的神经系统进行了研究,此前研究人员阐明了性成熟能够遗传性地重编程并且重塑雄性线虫某些神经回路的连线模式,从而使其与雌雄同体的交配模式不同。

研究者表示,在性成熟之前暴露于压力环境中(比如饥饿)会干扰雄性线虫机体神经回路的连线模式,并且让雄性线虫处于一种不成熟的神经回路中,这些对压力所产生的反应部分受到了血清素的控制,血清素是人类机体中与抑郁症相关的一种神经递质。研究者Jill Morris博士指出,深入阐明基因和环境如何塑造机体的神经系统,对于理解神经回路破坏诱发多种神经性疾病发生的分子机制至关重要。

起初当研究者Bayer将一些线虫放在无人看管的环境中后,她发现这些线虫全部发育成了未成熟的线虫,其会停止正常的生长,并且会进入多尔阶段,如果未成熟的线虫能够感知任何压力的话,其就会暂时减缓机体的生长,随后当度过压力过程时其就会重新开启生长过程,该过程就称之为多尔阶段。随后当研究者将这些未成熟的线虫放回到正常环境中让其生长成成虫,当对遭受压力的线虫的神经系统进行检测后,研究者发现了一些不寻常的事情,正常状态下,在性成熟过程中雄性线虫尾部的神经连接会被剔除,而研究者却发现,经受压力的线虫机体中的未成熟的连接会一直保持,随后的实验结果表明,这种现象或许是由饥饿所引起的,而诸如热等其它形式的压力或许不会诱导线虫出现多尔阶段。

研究者Bayer表示,性成熟前的饥饿压力或许会导致雄性成虫在神经回路控制的行为上表现出不成熟,并不像正常的成年线虫,这些受压力的线虫会对有毒物质SDS变得很敏感,通常会远离SDS,而正常的雄虫却并不会出现这种行为,此外受压力的线虫还会表现出交配问题,相比正常雄虫而言,其会花费较少的时间去接触雌雄同体的线虫。

随后的研究结果表明,线虫神经回路的修饰或许受到了血清素和奥克巴胺相反作用的控制,奥克巴胺是人类机体中的一种“战或逃”神经递质—去甲肾上腺素的化学“表亲”,饥饿的线虫会制造出异常高水平的奥克巴胺,其会阻断血清素的产生,而在饥饿期间将未成熟的雄性线虫暴露于血清素中就会促进其神经回路的正常修饰,同时还会让线虫对SDS产生成熟反应,相比较而言,暴露于奥克巴胺就会抑制线虫神经回路的修饰。

那么这些研究是否能够表明,在机体早期发育过程中压力会干扰人类机体神经系统的改变呢?研究者Hobert说道,这或许是一个棘手的问题,目前我们很难确定人类和其它拥有复杂神经系统的动物之间的这些差异,尽管如此,线虫非常简单且易于研究,而且我们可以提供更详细的证据来阐明指导神经系统发育的机制。

下一步研究人员计划绘制出秀丽隐杆线虫神经系统每一个神经元的基因活性,而相关研究结果或许也能够帮助研究人员深入阐明机体基因与经历之间的“碰撞”(或先天与后天)如何塑造出人类机体的免疫系统。

原始出处:

Emily A. Bayer, Oliver Hobert. Past experience shapes sexually dimorphic neuronal wiring through monoaminergic signallingNature, 2018; 561 (7721): 117 DOI: 10.1038/s41586-018-0452-0