神经细胞和血管细胞如何协调它们的生长

神经细胞需要大量的能量和氧气。他们通过血液接受两者。这就是为什么神经组织通常被大量血管纵横交错的原因。但是，是什么阻止了神经元和血管细胞在生长过程中相互阻碍呢?海德堡大学和波恩大学的研究人员与国际合作伙伴一起确定了一种机制来解决这个问题。结果现已发表在《神经元》杂志上。

神经细胞极度饥饿。我们通过食物消耗的大约五分之一的卡路里会进入大脑。这是因为产生电压脉冲(动作电位)并在神经元之间传输它们是非常耗能的。因此，神经组织通常被许多血管纵横交错。它们确保营养和氧气的供应。

在胚胎发育过程中，大脑和脊髓以及眼睛的视网膜中都会长出大量血管。此外，那里形成了大量的神经元，它们相互连接并与肌肉和器官等结构连接。两个过程都必须互相体谅，以免妨碍对方。

“我们已经确定了一种确保这一点的新机制，”波恩大学 ImmunoSensation2 卓越集群和生命与健康跨学科研究领域成员 Carmen Ruiz de Almodóvar 教授解释说。

这位研究人员于 2022 年初搬到波恩大学医院的神经血管细胞生物学研究所。自今年春天以来，她一直担任特别设立的 Schlegel 教授职位之一，该大学旨在吸引优秀的研究人员到波恩。

然而，大部分研究仍在她原来的工作地点进行，即海德堡大学曼海姆医学院的欧洲血管科学中心。这项工作随后在波恩大学完成。在她的研究中，她和国际合作伙伴仔细观察了小鼠脊髓中血管的形成。

脊柱生长停顿

“受精后大约 8.5 天，动物的脊髓开始出现血管，”她说。

“然而，在第 10.5 天和第 12.5 天之间，血管不会在所有方向生长。尽管在这段时间内它们的环境中存在大量促进生长的分子。相反，在这段时间内，许多神经细胞-运动神经元——从它们在脊髓中的起源位置迁移到它们的最终位置。然后，它们在那里形成称为轴突的延伸，从脊柱延伸到各种目标肌肉。

这意味着运动神经元在血管不向它们生长时自我组织和生长。只有这样，血管才会再次发芽。“整个过程就像一场精心编排的舞蹈，”何塞·里卡多·维埃拉解释道。鲁伊斯·德·阿尔莫多瓦 (Ruiz de Almodóvar) 研究小组的博士生完成了这项研究的大部分工作。“在此过程中，每个合作伙伴都注意不要妨碍对方。”

但是这个舞蹈是如何协调的呢?显然，运动神经元向血管细胞发出“停止，现在轮到我”的信息。为此，它们使用一种释放到环境中的蛋白质——信号蛋白 3C (Sema3C)。它扩散到血管细胞并停靠在称为 PlexinD1 的受体上——从某种意义上说，这是分子信息所针对的耳朵。

失聪的血管细胞不受控制地生长

“当我们停止小鼠神经元中 Sema3C 的产生时，血管会在这些神经元所在的区域过早形成，”Ruiz de Almodóvar 教授解释说。“这会阻止神经元的轴突正常发育——它们被血管阻止了。” 研究人员在实验性地阻止血管细胞中 PlexinD1 的形成时取得了类似的效果：由于这些细胞现在对来自神经元的 Sema3C 信号充耳不闻，它们并没有停止生长，而是继续发芽。

结果证明了在胚胎发育过程中这两个过程协调运作的重要性。这些发现还可能有助于更好地了解某些疾病，例如由强烈且不受控制的血管生长引起的视网膜缺陷。从长远来看，使用新发现的机制也可能有助于再生受损的大脑区域，例如在脊髓损伤后。

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