文档介绍：关于神经再生——最新发现及应用前景
像许多科学家一样,我一开始是对一个基本的问题感兴趣,这个基本问题就是大脑是如何构成的。我今天想告诉大家的是,从某种意义上来说,我们是通过个人对大脑结构的了解来向应用和治疗方面发展的,即从学术研究到生物技术。虽然最初是出于好奇而试图了解大脑的结构,但我明确地知道,我和其他科学家一样,最根本的动机还是出于对现在种种疾病的思考,因为许多神经和精神方面的疾病仍然没有得到解决,大多数这类疾病仍需要更好的治疗方法和药物。
我首先从基础研究讲起,就是说大脑细胞是如何构建的。我先介绍一下有关脑细胞构造的基础研究进展,由此再试图说明,当受到损伤时,神经细胞是如何再生和重新建立连接的。神经细胞是通过伸出生长锥而生长的,在这个过程中,像我的手一样的生长锥正向右方伸出。我来简单回顾一下我们对生长锥的了解过程,西班牙伟大的神经解剖学家Ramony Cajal在19世纪90年代,首先观察到了生长锥,他注意到了它们是向着特定的方向生长的,神经细胞的生长具有很强的特异性,他发现神经细胞似乎是被一个目标吸引着或牵引着,他把这种现象叫做化学趋向性。后来在20世纪60年代,Sperry通过一个出色的试验而形成了一种叫化学特异性的概念,他指出在发育的大脑中一定有许多特殊的分子,吸引神经细胞向着正确的方向生长。到20世纪80年代,许多相关的领域都开始研究胚胎发育过程,由此我们了解了大量的有关特异性的情况。通过对神经系统发育过程的研究,我们发现了神经细胞是按一种固定的、特异的方式生长,去寻找它们的目标。最后,在20世纪90年代,发现了在其中起重要作用的某些分子是什么,发现了编码不同的配体和受体的基因群,它们可以指导神经系统内生长锥的生长。这些分子的发现还带来了许多新的、有趣的认识。因为数十年来我们一直在寻找起积极作用的或起吸引作用的分子,就是牵引神经细胞向其目标生长的分子,但是20世纪90年代的一个重要发现是,许多基因群把这些分子编码成排斥性的或抑制性的,即排斥和吸引在大脑内部起着同样重要的作用。于是我们知道有不同的力量在控制着神经细胞的生长,既有吸引的也有排斥的,它们既可以在远程起作用,也可以就在细胞表面分泌,近距离起作用。我们来看几个例子的图片以便于我们的讨论。第一个在神经系统内分泌的吸引因子,是由我的同事,加州大学洛杉矶分校的Tessier-Laviane发现的,rim的发现。在左边这个图中,可以看到上部的神经细胞表面,不放射神经纤维。在右边,rim的细胞发射神经纤维。在同一时期,我的实验室和我以前的一个博士后研究生的实验室,发现了神经系统内的第一个排斥因子家族,这类分子被称为Semaphorin。这是个相似的例子,在左边白圈里是一群神经细胞,感觉神经细胞,它们向外放射纤维,可以看见它们围绕着整个细胞,这个细胞对它下面的细胞所分泌的Semaphorin不起反应。但是右边是另一种感觉神经细胞,它们避开下面向上生长,因为它们受到了排斥因子Semaphorin的排斥。这些分子代表了人类和动物大脑中最大的排斥因子家族,我们对它的受体和受体机制也有很多了解。同样是在20世纪90年代,许多实验室都发现了不同的吸引因子和排斥因子的受体。通过这些发现我们了解了一个有趣的情况,我们原以为我们所发现的这些因子应该分为两大类,一类是吸引因子,如Netrin,另一类是排斥因子,如Semaphorin,但是有一个意外的发现,rin,Semaphorin,Slit,Ephrin这四种我们了解最多的指导因子家族来说,意外的是我们发现这四类因子都具有双重作用,即同一种分子可以对一个神经细胞是吸引因子,而对于另一个神经细胞却是排斥因子。这种情况部分是由其所作用的神经细胞的受体表达所决定的。Semaphorin和Slit以及它们的受体是由我们的实验室发现的,我想用一点时间来介绍一下它们是如何被发现的,以便你们了解基础研究是怎样进展的。你们也许会奇怪我是如何发现大脑中的这些分子的。答案是你必须为你要解决的问题找到一个合适的动物模型,在这个例子中,我们选择的是果蝇。尽管它是一种很简单的生物,但它依然有着由数十万个神经细胞所组成的神经系统,更为重要的是我们可以使它的全部基因发生突变,这样我们就可以分析它的整个基因组,并通过了解哪一个基因突变时导致大脑结构的哪些方面出现特定的变化,来发现一些有关吸引因子和排斥因子的关键的内容。通过果蝇来了解人类似乎有点伤自尊,但实际上我们大家都知道,人类的基因序列与果蝇的基因序列是密切相关的,其实我们就是把果蝇看成是一个长了翅膀的小