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成年人的大腦仍然能夠產生新的神經元

(2021-02-07 10:30:55) 下一個
人的大腦海馬體神經細胞,與學習和記憶密切相關。多年前醫學教科書告訴我們:成年人的神經細胞或神經元的數量已經定型,不再增生。那麽如果這個區域的神經元出現衰老或者損傷,學習與記憶功能就會逐漸減弱。事實上這種觀點漸漸地被新近的科學實驗所否定,這主要歸功於蓋季先生(Gage)等一批大腦科學家的辛勤耕耘。首先是小鼠的動物實驗,之後又在人體的大腦海馬體證實,神經元的再生能力是確實存在的,而且這種再生能力還可以人為地調節,比如跑步,改變環境增加日常趣樂活動,甚至變更飲食,多食富含類黃酮之類的食物,都可以增加神經元的再生能力,改善學習與記憶等認知功能。

近日《華盛頓郵報》視頻采訪了蓋季先生,他是著名的索爾克生物研究所所長,讓我們來聽聽他的科研故事和應該知道的保健知識。

標題:神經科學家的研究揭示人的大腦如何能夠產生新的神經元

作者:Jamie Talan
編譯:汪生
2021年2月6日

40多年前,當蓋季涉足神經科學領域時,當時的主流觀點是成年人的腦細胞不再重生,數量已經定型。如果損傷丟失了,那就是終生的。但是蓋季在90年代關於人類大腦細胞的研究震驚了科學界,他和自己的團隊發現,運動,比如跑步,或者豐富多彩和複雜的環境變化竟然可以產生新的腦細胞,可以功能完好。這也解釋了為什麽他是一位嚴肅的長跑愛好者,這確實是一個好消息。

蓋季今年70歲,是聖地亞哥索爾克生物研究所的所長(Salk institute for biological sciences)。目前仍在思考成年人如何能夠持續地產生新的腦細胞,老年人如何保持健康抵抗疾病。做為研究所的高層領導,他也全力支持同事們治療癌症的創新方法,也在研究日常食物中分離出來的物質如何改善大腦功能,以及植物與生態變化的影響。

《華盛頓郵報》近日視頻采訪了蓋季,談到年輕的蓋季當年出走海外多個實驗室,包括去德國法蘭克福,意大利羅馬,培養了科研興趣,包括觀察了小鼠籠子裏麵跑轉輪,最終導致了大腦神經元再生的關鍵發現。

問:最初您是如何對神經科學產生興趣的?

答:是一次偶然相遇,是在佛羅裏達的公交車上,那是一位我在法蘭克福認識的朋友。他在心理學家Robert Isaacson的實驗室工作,這是一位奠基了大腦海馬生理功能的大學者,發現海馬是將短期記憶轉變為長期記憶貯存的地方。

Isaacson那時正在研究癲癎,我朋友催促我可以申請夏季工作。那年我18歲,在大學學習生命科學,然後就在那實驗室幹了3年半,畢業後去霍普金斯大學讀研究生,師從Dave Olton。 Olton當年也是從Isaacson那裏拿到博士學位的。

在他們的實驗室,我學會了用小鼠大腦損傷模型來研究記憶的空間解剖結構,在腦的某一區域做一切口,觀察動物的行為變化,接著又觀察它的愈後過程,那裏真是個學習神經科學的好地方。

博士畢業後,我受聘於德州基督教大學,著手籌建了一個新的神經學科。我們對神經細胞如何能夠長出新芽十分感興趣,就是歡察損傷後的海馬如何能夠長出神經纖維,並且設法判斷這是否是行為複愈後的結構基礎。我們發現海馬內鋅的濃度很高,根據這一線索又發現了大腦發育的神經生長因子。

之後我想對生長因子研究的更加透徹一些,就來到瑞典Lund大學加入Anders Bjorklund的實驗室。他是最早發現大腦損傷後神經細胞長出纖維分枝或新芽的。在這裏我學到了如何在動物大腦中移植神經細胞的技術。我們對神經生長因子感興趣,想知道這些因子是不是動物模型腦損傷後神經細胞生長的原因。

問:您什麽時候開始驗證這些想法的?

答:1985年我回到加州聖地亞哥大學,開始研究如何將神經生長因子插入病毒中,然後感染細胞,並將其移植到大腦中去,我們成功地做出首個病毒載體,並且安全地將基因送至大腦內。我們也采用皮膚的纖母細胞讓其表達過量的神經生長因子,然後輸入海馬。

我們發現在培養皿內讓神經無母細胞表達某種神經生長因子後,這些細胞可以瘋狂的生長。這讓我們深深關注這些神經元母細胞如何在腦內生存與分裂。1994年,DNA雙螺旋結構的發現者 Francis Crick 前來領導索爾克研究所,路過UCSD, 邀請我加入該所。他的工作要求十分簡單,就說做你喜歡做的研究。我就過來了。

我的新實驗室試用一種名為 BrdU 的合成分子,當細胞分裂時,它會進入細胞的DNA。它可以用於標記腦細胞的分裂。我們設計了實驗,看看 BrdU 是否進入了經過細胞分裂的神經元。我們發現,該分子確實進入了成年齧齒動物大腦的神經元,這是我們和其他科學家識別舊大腦中產生新的神經元的絕佳工具。

與此同時,我和我的同事正忙於研究成年小鼠中被稱為神經元再生的新神經元的誕生。我們首先發現,讓小鼠暴露在跑步輪的活動環境中會增加神經元再生,我們感到驚訝,但我們想知道單獨使用跑步輪與沒有跑步輪卻有多樣活動的環境是否均可以增加神經元的產生。我們拿走了跑步輪,在籠子裏添加了小玩具。我們感到驚訝的是,這兩種情況以不同的方式增加了神經元的產生。我們重複這些實驗,其他科學家也用各種不同的小玩物重複了這些實驗:讓小鼠玩小通道和管子、木塊、圓球、鐵絲網、杆子,以及他們可以爬來爬去的任何東西。

小鼠花時間跑步和玩耍後,在大腦海馬齒狀回的區域表現出神經元再生的證據。齒狀回的功能是記錄活動經曆並將之轉化為記憶。

問:動物實驗的發現如何幫助人體的實驗研究?

答:我們的目標是看看人類的神經元再生是否會發生。我們使用熒光抗體標記的 BrdU 來觀察任何分裂的神經元。一位歐洲同事可以從癌症患者那裏獲得新鮮的屍體解剖組織,這些癌症患者在死亡前被注射了 BrdU 以跟蹤腦瘤。1997 年初,我們對屍體解剖組織進行了研究,可以看到細胞被 BrdU 標記。這證明海馬體的齒狀回有分裂的新生細胞,這些細胞已成為成熟的神經元。我們繼續進行其他研究,證明人類海馬體終生保持有產生神經元的能力。

去年兩項研究表明,在老年人或阿爾茨海默病死亡的病人海馬體中,仍然存在神經元再生。

今天我們的發現和許多其他人的工作,促使製藥公司正在開發針對神經元再生的藥物。

問:您也對食物的化學成分和生命行為感興趣嗎?

答:是的。我們知道神經元再生會增加認知功能,我們希望在飲食中找到天然產物,這些產品也會增加成年人大腦中新的神經元的誕生。我們從火星公司的研究部門“火星邊緣可可黃烷醇”科學中心獲得資金,以研究食物的化學成分以及我們的生活選擇和行為對大腦的影響,這包括研究可能對神經元再生有影響的各種類黃酮。我們還在研究飲食對炎症的影響,炎症似乎阻礙了血管健康和神經元的再生。我們想確定我們吃的食物是否會影響炎症過程。

問:您們有沒有發現什麽?

答:是的,我們發現我們吃的某些植物中含有特定的成分黃酮類,這些小分子是植物用來保護其外層細胞層免受過度光線的影響;它們可能對包括人類在內的哺乳動物產生顯著的抗炎作用。
自從我們探討植物和食物以來,我和妻子修改了我們的飲食。我們通常吃得少一些,選擇多吃蔬菜和魚,而不是紅肉、加工食品和糖。我一直是個長跑愛好者,我們關於神經元再生和鍛煉益處的發現繼續鼓勵著我的跑步。除了每天跑步外,我們也長時間散步,保持動的狀態。

譯者注:蓋季在采訪中沒有透露特定的類黃酮種類和相關植物,這裏補充一些這些內容。見下

參考文獻:
1. https://www.washingtonpost.com/science/neuroscientists-research-helped-unearth-how-human-brains-can-make-new-cells/2021/02/05/5ae79ea4-60be-11eb-9430-e7c77b5b0297_story.html

2. https://www.webmd.com/diet/foods-high-in-flavonoids

黃酮類化合物是具有多種健康益處,類黃酮有六種主要類型(2),它們是:
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黃酮醇(Flavonols)
黃酮類(Flavones)
黃烷-3-醇(Flavan-3-ols)
黃烷酮(Flavanones)
花青素(Anthocyanidins)
異黃酮(Isoflavones)
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獲得六種類黃酮的最佳方法是食用各種水果和蔬菜。以下這10種食物是膳食中類黃酮的最佳來源:
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莓類(Berries)
所有莓類均含有類黃酮,但某些品種比其他品種更有效。黑莓功能特別強大,包括所有六種類型的類黃酮。藍莓,櫻桃和覆盆子也含有所有類黃酮。草莓含有適量的花青素。
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紅卷心菜(Red cabbage)
花青素的另一個重要飲食來源是紅甘藍。針對其抗癌,心血管疾病,糖尿病和與年齡有關的認知障礙的保護作用,對花青素進行了大量的研究。
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洋蔥(Onions)
洋蔥是眾多菜係的基礎,這也就不足為奇了。這種不起眼的蔬菜是營養的強大來源,可為任何菜肴增添風味。洋蔥是黃酮醇的重要來源,可減少患前列腺癌的風險。
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羽衣甘藍(Kales)
黃酮醇的另一個重要來源是羽衣甘藍。羽衣甘藍葉是沙拉的極佳基礎,可以添加到湯和燉菜中以增加其營養價值。如果您不喜歡這種口味,可以在冰沙和蛋白質奶昔中加入羽衣甘藍,以掩蓋味道。
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香菜(Parsley)
歐芹在美國飲食中提供的黃酮醇含量超過任何其他食物。歐芹每克含有超過130毫克的黃酮醇。可以將其添加到湯和醬汁中,或撒在菜肴上再食用。
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茶(Tea)
在飲食中添加類黃酮最簡單的方法是喝茶。綠茶,烏龍茶和紅茶都含有高含量的黃烷醇,這些黃烷醇對心血管和認知健康都有好處。
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紅酒(red wine)
黃烷醇的另一個重要來源是紅酒。適量的紅酒具有多種健康益處,尤其是降低心血管疾病的風險。建議購買無硫紅葡萄酒(Sulfur free red wine).
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黑巧克力(Dark chocolate)
巧克力和可可都富含黃烷醇。特別是可可對認知能力增強及其對心血管係統的保護作用進行了大量的研究。
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柑橘類水果(Citrus fruits)
柑桔類水果,例如橘子,葡萄柚,檸檬和酸橙都含有黃烷酮。榨取這些水果可以使這些健康的植物化合物得到更加集中的利用。您也可以將新鮮的檸檬或酸橙汁擠入冰水中以增加營養價值。
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黃豆(Soy GMO free)
大豆有多種不同形式,是異黃酮的最佳來源。吃毛豆,豆腐,印尼豆豉(Tempeh)和醬油都是增加飲食中異黃酮的好方法。對異黃酮在生殖係統癌症如乳腺癌,卵巢癌,前列腺癌和睾丸癌的保護作用已經做了大量研究。
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下麵是六個類黃酮亞型,以及包含它們的食物種類
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黃烷醇
這些類型的類黃酮以其抗氧化性能而聞名。它們可能有助於管理心血管疾病的症狀。
洋蔥
羽衣甘藍
葡萄和紅酒

桃子
莓類
番茄
生菜萵苣菜
香蔥
西蘭花
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黃烷-3-醇
含有這些類黃酮的食物營養非常豐富。它們包括:
白茶
綠茶
烏龍茶
紅茶
蘋果
紫色和紅色葡萄
藍莓
草莓
可可和巧克力產品
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黃酮類
黃酮是藍色和白色開花植物中的色素。它們還可以作為天然農藥,保護葉子免受有害昆蟲的侵害。黃酮也可能有助於體內炎症。
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香菜
紅辣椒
芹菜
洋甘菊(chamomile)
薄荷
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黃烷酮
黃酮類化合物具有抗炎特性。它們還可以幫助您控製體重和膽固醇。
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檸檬
青檸
橘子
葡萄柚
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異黃酮
異黃酮可能有助於保持體內激素平衡。異黃酮類化合物主要存在於大豆,大豆製品以及一些其他豆類中,例如蠶豆。
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花青素
花青素是天然產生的顏料,可使花朵呈紅色,紫色和藍色。它們主要存在於莓類和莓類產品的外皮中,例如:
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紅色和紫色的葡萄
紅酒
蔓越莓
藍莓
草莓
黑莓



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