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今日《科学》亮点:证实了!这块大脑“被忽视的部分”,其实真的很重要

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学术经纬 2021-06-18 11:40

▎药明康德内容团队编辑

今日,《科学》杂志报道了一篇来自北卡罗来纳大学教堂山分校朱宏图教授团队的重要论文,并做专文评述介绍其意义。文章指出,这项研究“提供令人信服的证据”,证明了大脑白质的重要性。

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我们的大脑根据颜色不同可以大致分为“灰质”和“白质”两部分。其中灰质是神经元和突触大量聚集的部位,神经生物学家们也因此将它作为过去几十年的研究重心,认为灰质对于大脑的高级功能至关重要。相比之下,大脑白质得到的关注则没有那么多。神经生物学家们甚至生造了一个词组“corticocentric myopia”,形容整个领域对这块的相对忽视。

但很多证据表明大脑白质其实也具有重要性。如果说灰质占据了大脑表面几毫米的厚度,那白质则占领了大脑的剩下部分。事实上,白质约占大脑体积的一半,里头遍布由髓鞘保护的轴突。这些轴突就像海底光缆一样,将不同的灰质部分连接在了一起,使得灰质能够行使认知和情感功能。

大脑灰质与人类的行为有关,而白质则将这些灰质部分连接了起来(图片来源:参考资料[2])

如果海底光缆不慎被挖断,我们使用互联网就会受到影响,大脑也是一样。正是因为大脑的各个部分都由白质连接,倘若白质的结构出现问题,就会影响到大脑功能,甚至引发疾病。过去的一些研究发现,大脑白质“微结构”的区别,可能与多动症、抑郁症、精神分裂症、以及阿尔茨海默病有关。

之前就有一些论文发现大脑白质的微结构可能与遗传有关。为了更好地理解遗传变异会如何影响白质的微结构,研究人员们使用全基因组关联分析(GWAS)的方法,对将近4.4万人的大脑扩散磁共振成像(dMRI)数据进行了探索。

本研究负责人朱宏图教授(图片来源:朱宏图教授学校官网页面截图)

在其中3.4万名英国后裔里,研究人员们重复发现了42个先前曾被报道,与白质微结构有关的遗传区域。此外,他们还找到了109个额外的全新遗传区域。总体来看,这151个遗传区域能够解释大脑白质微结构遗传性的32.3%。

后续对GWAS结果的生物功能性验证表明,这些遗传区域里含有影响“少突胶质细胞”基因调控的调控元件。而少突胶质细胞正是形成髓鞘的关键。这一发现也表明遗传变异可能是通过影响这些胶质细胞,来影响到大脑白质的微结构。

值得一提的是,这些找到的遗传变异也和许多疾病有关。比如先前人们分析胶质瘤的遗传风险时,找到了25个相关的遗传区域,其中11个也与大脑白质的微结构相关,表明胶质瘤和大脑白质完整性之间有着遗传关联。

本研究找到了一些与白质微结构有关的遗传变异,其中一些还与疾病有关(图片来源:参考资料[1])

另一个相关的疾病是阿尔茨海默病。近年来,一些证据表明白质的功能失调可能是阿尔茨海默病的病理关键——即便是早发的阿尔茨海默病,人们也能在症状出现前观察到白质的结构变化。本研究的结果则进一步表明了两者之间的相关性。

还有一些证据表明白质与人类的种种疾病有关。论文中,研究人员们指出其中14个和白质微结构相关的基因,正是79种常用中枢神经系统药物所作用的对象。这些药物用于治疗精神病、抑郁症、惊厥、帕金森病、以及痴呆症,再次表明白质微结构与这些疾病之间的关联。

▲《科学》杂志也对本文做了专文评述(图片来源:参考资料[2])

《科学》杂志的专文评述指出,对大脑白质认知的不断加深,有助于理解它能如何影响人类行为,也能推进药物的开发和神经科学的进展。想要完全了解认知和情感的结构基础,就不能忽视占大脑一半的白质部分。这项研究无疑开了一个好头。

本文题图:123RF

参考资料:

[1] Bingxin Zhao et al., (2021), Common genetic variation influencing human white matter microstructure, Science, DOI: 10.1126/science.abf3736

[2] Christopher M. Filley, (2021), White matter and human behavior, Science, DOI: 10.1126/science.abj1881

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