维生素D缺乏会影响大脑中一种支撑神经元的,对老鼠的老年痴呆症相关脑损伤

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在晒太阳的时候,我们的身体会合成维生素D。维生素D对大脑健康非常关键。
近日一项研究发现,维生素D缺乏会影响大脑中一种支撑神经元的“支架”。这一发现或有助于开发针对精神疾病(比如精神分裂症)的精神疾病的新疗法。
维生素D有时被人们称作“阳光维生素”,它对于维持骨骼健康是非常必要的。它还有益于免疫系统、心血管系统以及内分泌功能。例如,有研究表明,维生素D缺乏会损害免疫系统,使高血压风险上升,还会对2型糖尿病患者的胰岛素分泌造成负面影响。
最近有研究强化了维生素D缺乏与精神分裂症高风险之间可能存在关联的观点。其他研究表明,剥夺中年啮齿动物的维生素D会导致它们大脑受损,在认知测试中表现不佳。研究人员还发现,经历心脏骤停后存活下来的人,如果体内维生素D水平较低,则恢复大脑功能的可能性更小。图片 2
这项新的研究进一步挖掘了维生素D与大脑功能之间的关联,目的是为找到维生素D对记忆功能如此关键的潜在原因。该成果近日已发表在Trends
in Neurosciences上,由澳大利亚昆士兰大学大脑研究所的助理教授Thomas
Burne领导。 大脑中“支架”的减少
Burne在解释这项研究的动机时说:“全世界有超过10亿人受到维生素D缺乏的困扰,而且研究已经证实维生素D缺乏和认知能力受损之间存在明确的关联。不幸的是,维生素D究竟是如何影响大脑结构和功能的还不清楚,所以目前我们也不知道为什么维生素D缺乏会引起这些问题。”
为了确定其潜在机制,Burne及其同事剥夺了健康成年小鼠的膳食维生素D二十周,然后研究人员用实验将它们与对照组小鼠进行比较。
认知测试结果表明,与对照组相比,缺乏维生素D的小鼠学习新事物和记忆的能力较差。
对小鼠大脑的扫描结果表明,海马体中的神经元周围网络减少,而海马体是记忆形成的关键。
神经元周围网络在大脑中功能类似“脚手架”。Burne解释说:“这些网络在某些神经元周围形成了一个强有力的支持性网状结构,使它们稳定了这些细胞与其他神经元的联系。”
研究人员继续说到:“海马体神经元之间的连接的数量和强度也都明显减少。”尽管该研究并没有确定这一机制,但是研究人员认为维生素D缺乏会使神经网络更容易受到酶降解作用的影响。
Burne说:“随着海马体中的神经元失去支持性的神经元周围网络,它们就无法维持连接,并最终导致认知功能衰退。”
作者们还认为,海马体中大脑功能受损可能会导致某些精神分裂症状,如记忆损失和认知扭曲。
接下来的工作是验证关于维生素D缺乏、神经元周围网络和认知功能之间关联的假设。Burne说:“我们特别兴奋地发现在成年小鼠大脑中的这些网络发生了变化。因为这些网络是动态的,所以我们有机会重建它们,从而为新的治疗方法奠定基础。”论文链接:

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精神分裂症是一种常常严重且致残的精神疾病,影响着全世界约1%的人口。虽然过去几年的研究表明,神经元的不同步可能是其神经精神症状的原因,例如记忆障碍,活动过度或幻觉现象,但这种去同步化的细胞起源仍然知之甚少。今天,已经采取了解决这种疾病的决定性步骤。日内瓦大学(UNIGE)的研究人员不仅成功地破译了导致神经网络不同步的细胞机制,而且成功地纠正了成人动物模型中的组织缺陷,从而抑制了与精神分裂症相关的异常行为。结果,将在Nature
Neuroscience中发现,这表明在所有年龄段都可以进行治疗干预。

新的研究发现一种可以防止老鼠大脑损伤的化合物。这种物质是维生素B-3的一种形式,研究结果表明,一种潜在的治疗老年痴呆症的新疗法。

精神分裂症的临床表现可能因患者而异,是一种神经发育疾病,其特征在于许多认知和行为症状,包括视觉或听觉幻觉,记忆和计划问题,或多动症。虽然这种高度致残疾病的确切原因尚不清楚,但某些基因突变会大大增加其风险。例如,受DiGeorge综合征影响的个体患精神分裂症的可能性是普通人群的40倍。DiGeorge综合征,也称为22q11缺失综合征,是一种人类遗传异常,其特征是在22号染色体的两个拷贝之一上缺少约30个基因。

维生素B-3曾被认为是治疗阿尔茨海默病的替代疗法。

患有这些疾病特征的行为变化的患者的大脑会发生什么?我们的目的不仅是了解他们的神经网络功能障碍,还要弄清楚是否有可能恢复正常功能,尤其是成年人,
UNIGE医学院基础神经科学系教授艾伦卡尔顿解释说,他指导了这项工作。

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网络问题

在一项较早的研究中,大剂量的烟酰胺-也被称为B-3-逆转老年痴呆症相关的记忆丧失。

日内瓦神经科学家选择专注于海马体的神经网络,这是一种特别涉及记忆的大脑结构。他们研究了一种小鼠模型,该模型能够复制DiGeorge综合征的遗传改变以及与精神分裂症相关的一些行为改变。在对照小鼠的海马体中,构成网络的数千个神经元根据非常精确的活动序列进行协调,该活动在时间上是动态的并且是同步的。然而,在他们的小鼠模型的神经网络中,科学家观察到一些完全不同的东西:神经元显示出与对照动物相同的活动水平,但没有任何协调,就好像这些细胞不能彼此正常交流一样。神经网络的组织和同步是通过抑制神经元亚群的干预来实现的,包括小球蛋白神经元,卡尔顿说。然而,在这种精神分裂症的动物模型中,这些神经元的活性要低得多。没有适当的抑制来控制和构建网络中其他神经元的电活动,无政府状态规则。

然而,一项新的研究关注的是烟酰胺核糖苷的作用,它是一种维生素B-3,对老鼠的老年痴呆症相关脑损伤。

恢复神经秩序,即使在成年期也是如此

科学家们解释说,大脑修复DNA的能力不足会导致细胞内线粒体的功能紊乱,线粒体是细胞内的能量创造的细胞器,反过来又会导致神经元功能紊乱和神经元分泌减少。

第二步是尝试恢复神经网络正常运行所需的同步。为此,科学家专门针对海马的小脑白蛋白神经元。通过刺激这些功能失调的抑制神经元,他们设法恢复神经网络的顺序组织和正常功能。同样,他们能够纠正这些精神分裂症小鼠模型中的一些行为异常,抑制多动和记忆缺陷。

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这些非常积极的结果表明即使在成年期也可以进行治疗干预。这确实是必不可少的。事实上,精神分裂症在青春期后期发展,尽管自神经发育阶段以来最有可能出现神经改变。根据我们的研究结果,即使在大脑发育后,强化抑制神经元效果也很差。足以恢复这些神经网络的正常运作,从而使某些病理行为消失。

但是NR对线粒体的健康和生物起源、干细胞的自我更新和神经元的抗压能力至关重要。因此,波尔博士和他的同事们想要研究NR在神经系统疾病模型中的作用。

目前对精神分裂症的治疗主要基于靶向多巴胺能和5-羟色胺能系统的抗精神病药物的给药。尽管它们对幻觉症状有积极作用,但它们对改善许多症状,特别是认知症状的效果仍然较差。因此,旨在克服小球蛋白神经元缺陷以增加其抑制作用的方法似乎是一个有希望的目标;然而,在开发基于该策略的治疗之前,将需要时间。神经科学家现在希望通过将他们的研究扩展到与DiGeorge综合征不同的基因改变导致的精神分裂症来证实他们的结果。

该研究小组将NR加入了老鼠的饮用水中,这些老鼠经过基因改造,可以发展出神经退行性疾病的特征。其中包括tau蛋白和淀粉样蛋白、功能失调的突触和神经元死亡的毒性构建,所有这些都导致了认知缺陷。

小鼠喝了3个月的水,与对照组小鼠的大脑和认知健康状况进行了比较。

NR促进神经和认知健康

与对照组相比,NR处理的小鼠大脑中的蛋白tau蛋白较少,DNA损伤更少,神经可塑性也更强——也就是说,大脑在学习新事物、储存新记忆或受损时,能够“重新连接”自己。另外,由于NR能够帮助干细胞的自我更新,或者细胞有能力转化成身体需要的任何其他类型的细胞,干预组的老鼠产生更多的神经元来自神经干细胞。

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此外,在这些小鼠中,死亡或受损的神经元也较少。然而,有趣的是,他们的淀粉样蛋白水平与对照组小鼠保持一致。

最后,研究人员说,在接受治疗的小鼠的海马区——大脑中经常收缩或受损的大脑区域,NR似乎可以消除现有的DNA损伤,或者阻止它扩散。

所有的大脑变化都是由认知和行为测试的结果所证实的。所有的nr治疗的小鼠在迷宫任务和目标识别测试中表现更好,他们表现出强壮的肌肉和更好的步态。

未来,研究人员计划进一步研究NR用于预防阿尔茨海默病相关认知缺陷的机制,并为人类临床试验奠定基础。

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