科学家们用氯胺酮或闪烁的光使小鼠大脑恢复活力

你还记得你祖母花园里的花香，或者你祖父吹口哨的曲调吗？一些童年的记忆似乎深深地印在你的大脑中。事实上，童年时期正是大脑学习和保存深刻的认知和记忆的关键时期。负责保存它们的结构被称为神经元周围基质网（perineuronal net，PNN）。

奥地利科学技术研究所官网7月6日消息

这种细胞外结构包裹着某些神经元，从而稳定了它们之间现有的连接（突触）并防止形成新的连接。但是，如果我们能够去除神经元周围基质网并恢复年轻大脑的适应性呢？奥地利科学技术研究所（Institute of Science and Technology Austria，IST Austria）的神经科学家 Sandra Siegert 和她的研究小组近日在《细胞报导》（Cell Reports）杂志上发表了两项有望实现这一目标的技术。

研究于2021年7月6日发表在《Cell Reports》（最新影响因子：8.109）杂志上

服用氯胺酮或用闪光灯

这一切都始于四年前，当时奥地利科学技术研究所的研究人员发现小鼠的小胶质细胞在用药物氯胺酮麻醉后变得非常活跃。小胶质细胞通常被视为大脑的免疫细胞。然而，最近的研究表明它们也与神经元相互作用。反应性小胶质细胞具有吞噬突触甚至整个神经元的能力，这在阿尔茨海默病的晚期阶段很常见。

“小胶质细胞对氯胺酮麻醉的强烈反应让我们感到惊讶，”该研究的主要作者和 Siegert 小组成员Alessandro Venturino 解释说，“但我们没有看到任何突触或死亡神经元消失。所以，我们很困惑，小胶质细胞究竟在吃什么？”结果证明它吃得是保护和稳定神经元之间连接的神经元周围基质网。

小胶质细胞(绿色)和神经元周围基质网(品红色)

“Alessandro来到我的办公室，告诉我神经元周围基质网不见了。我简直不敢相信，” Siegert回忆道。他们对小鼠重复使用麻醉剂量的氯胺酮。氯胺酮是人体手术的基本药物，最近也被批准用于治疗精神症状。“仅经过 3 次治疗，我们就可以看到神经元周围基质网出现相当大的损失，这种情况持续了七天才得以重建。”

Sandra Siegert

当 Siegert 与麻省理工学院 (Massachusetts Institute of Technology ，MIT) 的合作神经科学家 Mark Bear 分享结果时，他同样对这一发现的潜力感到惊讶和好奇。“在生物学中，你很少看到这种非黑即白的情况，” Siegert继续说道。“然而，最重要的是60 Hz光的闪烁效应。”

神经元通过相互发送电脉冲进行交流。这些经过协调以产生信号波（所谓的脑电波）可以受到外部感官信息的影响，例如，光线照射到眼睛中。“之前的研究已经表明，每秒闪烁 40 次的光（频率 40 Hz）可以促进小胶质细胞去除阿尔茨海默病中的斑块。但它并没有去除神经元周围基质网，” Venturino解释说。但是，当科学家们将小鼠放入每秒闪烁 60 次（频率60 Hz ）的盒子中时，它产生了与氯胺酮治疗相似的效果。“这种不同脑电波和小胶质细胞动作之间的微调是最迷人的，可能是一种思考脑电波的新方式。”

谨慎与可能性

先前建立的去除神经元周围基质网的策略是持久且极具侵入性的。高剂量氯胺酮治疗，但更重要的是 60 Hz的光闪烁是微创的。因此，他们可以为人类开辟新的治疗方法。

一旦大脑中神经元周围基质网的阻塞减轻，神经元就会再次对新输入敏感，并且可以形成新的突触。“但这并不像你把氯胺酮当作一种药物而变得聪明，” Venturino强调说。通过重新建立可塑性，人们可能会覆盖创伤经历并治疗创伤后应激障碍。“但我们非常谨慎，因为在这个形成性的窗口中，也可能发生一些创伤性的事情，” Siegert说，“用闪烁的灯光照射自己可能也不是个好主意。”

这些治疗有多种可能的应用，一种是弱视，也称为懒惰眼（lazy eye）。这种视力障碍是由儿童发育过程中视觉输入不平衡引起的，如果不治疗，会导致永久性视力丧失。研究人员想要研究的另一个主题是他们发现背后的分子机制，但仍未完全了解。Venturino概括地说：“有很多东西需要探索。”

奥地利科学技术研究所

参考文献

Source：Institute of Science and Technology Austria

Scientists at the IST Austria rejuvenate mouse brains with ketamine or flickering light

Reference：

Alessandro Venturino, Rouven Schulz, Héctor De Jesús-Cortés, Margaret E. Maes, Bálint Nagy, Francis Reilly-Andújar, Gloria Colombo, Ryan John A. Cubero, Florianne E. Schoot Uiterkamp, Mark F. Bear, Sandra Siegert. Microglia enable mature perineuronal nets disassembly upon anesthetic ketamine exposure or 60-Hz light entrainment in the healthy brain. Cell Reports, 2021; 36 (1): 109313 DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109313