海马细胞图谱显示头部受伤如何导致脑部疾病

加州大学洛杉矶分校的生物学家已经发现头部受伤如何对个体细胞和可能导致严重脑部疾病的基因产生不利影响。生命科学家提供海马的第一个细胞“图谱” - 大脑的一部分，有助于调节学习和记忆 - 当它受到创伤性脑损伤的影响时。该团队还提出用于治疗与创伤性脑损伤相关的脑疾病的基因候选物，例如阿尔茨海默病和创伤后应激障碍。

研究人员研究了15种海马细胞类型中的6,000多种细胞 - 这是对受脑损伤影响的个体细胞类型的首次研究。每个细胞具有相同的DNA，但哪些基因被激活在不同细胞类型之间变化。在15种细胞类型中有两种以前未知，每种都有一组独特的活性基因。

“每种细胞类型都不同，”加州大学洛杉矶分校神经外科和综合生物学与生理学教授，该研究的共同资深作者Fernando Gomez-Pinilla说，该研究发表在Nature Communications杂志上。

生物学家发现数百个基因受轻度创伤性脑损伤的不利影响，如脑震荡。这些改变的基因可以在以后导致阿尔茨海默氏症，帕金森病和其他疾病。

研究人员在小鼠中复制了类似脑震荡的脑损伤，研究了其他没有受过脑损伤的小鼠。研究人员分析了两组小鼠海马中的数千个细胞。他们的发现包括：

没有损伤的小鼠在称为Ttr的15种细胞类型中的14种中具有非常低的水平，其调节代谢，控制甲状腺激素并执行其他功能。研究人员发现，脑外伤在基本上所有细胞类型中均增加了Ttr水平。他们得出结论，Ttr对大脑健康非常重要，可能会为大脑带来更多甲状腺激素以维持新陈代谢。在小鼠中注射称为T4的甲状腺激素。T4改善了创伤性脑损伤诱导的学习缺陷，并逆转了影响学习和记忆的93个基因的变化。这种由创伤性脑损伤引起的损伤逆转是一项重大的新发现。脑损伤后，新陈代谢大大减少。生物学家认为T4可能会“重启”新陈代谢。

研究人员发现有证据表明15种细胞类型中至少有12种受到脑外伤的负面影响，有些则比其他类型更强烈。

研究人员能够看到与阿尔茨海默病有关的基因是如何在不同细胞类型中起作用的，提供了这些基因受脑损伤影响的新细节。“我们正在研究我们可能希望在未来的研究中确定哪种细胞类型，”该研究的资深作者，加州大学洛杉矶分校综合生物学和生理学副教授夏阳说。“也许阿尔茨海默病相关基因不一定要在所有不同细胞类型中都有活性。”

生物学家第一次发现了几个受创伤性脑损伤影响的基因，这些基因最近与人类的神经质行为有关。创伤性脑损伤与抑郁，焦虑和精神分裂症有关。这项研究可以为这些疾病带来新的治疗方法。

大脑受伤可导致所谓的创伤后癫痫。研究人员发现了一种可以作为治疗这种癫痫的潜在靶点的基因。

创伤性脑损伤导致细胞彼此之间的交流变化。此图像显示哪些细胞类型与其他细胞类型进行通信(不同的颜色代表不同的细胞类型)。左图显示对照组小鼠，右图显示小鼠脑损伤。

加州大学洛杉矶分校数量和计算生物学研究所的成员杨说：“知道哪个细胞在特定的人体中发生变化的基因可以为那个人带来正确的治疗。”