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丰富环境里的新生细胞,怎样参与抑制发作

Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2024-10-22

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Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 研究前沿

丰富环境里的新生细胞,怎样参与抑制发作

雄鼠研究把环境、内嗅皮层与海马新生细胞联系起来:新生细胞能招募局部抑制网络,丰富环境带来的保护也依赖其活动。

AI 概念插画:小鼠在丰富环境中的探索

更多探索机会,怎样在脑内留下影响?2024 年发表于 Advanced Science 的研究,把丰富环境带来的变化追到海马齿状回:增殖和未成熟神经元标记增加,之后诱发严重发作需要更长时间、更强累积挑战。团队进一步发现,内嗅皮层的活动与新生细胞生成有关,而这些细胞成熟后的活动,又能调动局部抑制网络。环境经历、细胞生成与发作易感性,由此接到同一个研究问题里。

关键发现

丰富环境促进齿状回新生细胞相关指标,降低受测模型的发作易感性;EC 细胞与新生细胞的干预,分别削弱这一环境相关作用。

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环境经历改变了什么

丰富环境给小鼠提供多样的感觉、运动与探索机会。与普通饲养环境相比,齿状回中的增殖细胞标记、未成熟神经元标记及两者共标数量增加。这些指标表明,环境经历能够促进成年海马神经发生相关过程。

接着检验发作易感性:在累积药物挑战模型中,丰富环境组进入严重发作更晚,达到相应阶段需要更多累积挑战。环境改变与新生细胞增加并行出现,但哪一部分细胞变化参与保护,需要进一步干预来回答。

原论文图 1新生细胞标记与发作易感性
新生细胞标记与发作易感性
原论文 Figure 1:丰富环境增加增殖及未成熟神经元标记,并延后严重发作、提高达到相应阶段所需累积挑战。
来源:Li Z et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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发作时被调动的细胞

研究标记成年期新生的齿状回颗粒细胞,在它们逐渐成熟后同步记录钙信号和脑电。诱发发作时,这群细胞的钙活动上升。活动增强可以是网络中的应答,究竟促发还是限制发作,仍要看改变其活动之后的结果。

激活这群细胞,发作起始和严重阶段的出现延后,所需累积挑战增加。另一种激活方式也改善部分指标,但最严重阶段的延迟没有明显增加。普通饲养条件下抑制新生细胞,易感性则没有明显变化,作用取决于活动方式与原有背景。

原论文图 2新生颗粒细胞的活动与激活结果
新生颗粒细胞的活动与激活结果
原论文 Figure 2:新生颗粒细胞在发作中钙活动增加,细胞激活延迟受测发作阶段并增加所需挑战。
来源:Li Z et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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丰富环境留下的作用

团队转而标记丰富环境条件下生成的新生细胞,待它们成熟后再检验。丰富环境结束一段时间后,模型里仍能看到发作延后与所需挑战增加;抑制这群细胞,会削弱这些变化,说明它们的活动参与了环境相关的保护。

削弱并不等于所有环境作用完全消失。原结果中仍有部分保护保留,丰富环境也可能调动其他细胞和过程。新生细胞是一个有功能证据的参与环节,它们的生成背景和后来所处状态,都影响怎样理解这项作用。

原论文图 3丰富环境新生细胞被抑制后
丰富环境新生细胞被抑制后
原论文 Figure 3:抑制丰富环境中生成的新生细胞,削弱发作延迟及累积挑战增加等保护表现。
来源:Li Z et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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环境信号怎样抵达海马

从齿状回的上游寻找,内嗅皮层(EC)与乳头体上核在丰富环境后都有较多活动标记,EC 的变化尤其突出。向齿状回发送投射的 EC 细胞中,许多被环境调动,主要带有兴奋性细胞相关标记。

直接记录这些投射细胞,也看到小鼠进入丰富环境时钙活动增加。解剖上的输入关系与环境中的实时响应相遇,使 EC 成为连接环境经历和齿状回变化的重要候选区域;另一处活动增强区域,并没有在受测干预中显示同样必要的作用。

原论文图 4内嗅皮层对丰富环境的响应
内嗅皮层对丰富环境的响应
原论文 Figure 4:丰富环境后的活动标记分布,以及通向齿状回的 EC 细胞在丰富环境中的钙响应。
来源:Li Z et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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上游活动影响细胞生成

持续激活 EC 兴奋性群体,齿状回增殖与未成熟神经元标记增加;后来观察的新生细胞,树突更长、分支结构更复杂。相反,降低 EC 群体活动,相关新生细胞标记减少,显示上游活动能双向影响神经发生相关指标。

树突是细胞接收输入的重要结构。这些形态变化把观察从“细胞数量变了多少”,推进到“新生细胞怎样发育”。EC 的影响还涉及齿状回局部兴奋与抑制性传递,多个接收细胞共同构成新生细胞的生长环境。

原论文图 5EC 活动与新生细胞发育
EC 活动与新生细胞发育
原论文 Figure 5:EC 激活增加新生细胞相关标记及树突发育,EC 抑制减少相应标记。
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上游参与也有背景

在丰富环境期间抑制 EC 兴奋性细胞,齿状回的神经发生增强和后来易感性降低都被削弱。普通饲养条件下,同样的 EC 抑制却没有明显改变发作易感性。上游细胞的作用,因环境经历而显现出不同程度。

这项干预针对 EC 兴奋性群体,它们还与多个下游区域相连。与投射细胞的环境响应、新生细胞干预合在一起,结果支持 EC 参与这一过程,也保留了区域内部与其他输出共同作用的可能。

原论文图 6丰富环境期间的 EC 抑制
丰富环境期间的 EC 抑制
原论文 Figure 6:丰富环境期间 EC 抑制削弱齿状回神经发生增强与发作易感性下降。
来源:Li Z et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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新生细胞招募局部抑制

激活新生颗粒细胞,附近 GABA 抑制性细胞的钙活动增加,成熟颗粒细胞的活动标记则降低。再直接激活局部 GABA 细胞,也能延迟严重发作。这些结果支持新生细胞通过招募抑制网络参与保护的解释。

这里的新生细胞来自成年雄性小鼠的正常或丰富环境背景,结果集中于受测诱发模型的易感性。环境中的新经验,可能经上游活动与新生细胞发育,改变海马局部网络怎样回应强刺激;新生细胞出生于何时、何种状态,仍是理解它们功能的重要条件。

原论文图 7新生细胞与局部 GABA 响应
新生细胞与局部 GABA 响应
原论文 Figure 7:新生细胞激活增强局部 GABA 钙活动,GABA 细胞激活降低受测发作易感性。
来源:Li Z et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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论文信息

Li Z, Chen L, Fei F, Wang W, Yang L, Wang Y, Cheng H, Xu Y, Xu C, Wang S, Gu Y, Han F, Chen Z, Wang Y.
Enriched Environment Reduces Seizure Susceptibility via Entorhinal Cortex Circuit Augmented Adult Neurogenesis
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2024-10-22
DOI: 10.1002/advs.202410927