骨骼除了给我们提供支撑,还能影响神经和免疫系统。中科院深圳先进院脑认知与脑疾病研究所李翔团队的最新成果发表于《科学》子刊Science Advances上。团队历时4年,发现了骨钙素对中枢神经系统中一类细胞的关键调节作用。助理研究员钱政江博士为论文第一作者,李翔研究员为论文通讯作者。深圳先进院为论文第一单位。
从骨钙素出发
长期以来,骨骼被认为只是一种具有支撑和保护作用的器官。而近20年来,随着研究的突破,人们逐渐发现骨骼还能作为一种分泌器官,通过分泌不同的骨源因子,对骨以外的各类器官产生影响,比如中枢神经系统、免疫系统、能量代谢系统等。
李翔团队的研究,就围绕骨骼中的骨钙素展开。
神经元的信号传递是一套复杂的流程,而人体各个部位也各司其职。其中,神经元的轴突就像“天线”,而包裹在外面的一层膜(髓鞘)就是天线外的绝缘层,对神经信号的传导起保护作用。
在此前的研究中,科学家们发现少突胶质细胞是形成中枢神经系统髓鞘的关键细胞,对维持神经元正常功能、协助生物电信号的高效传递具有重要作用。这种细胞的功能异常,可能使髓鞘结构受损,导致神经系统功能紊乱,引发一系列神经系统或精神疾病。
骨骼如何影响髓鞘?在研究初期,团队将小鼠的骨钙素基因敲除,并发现其髓鞘的厚度会随之增加。由此,团队确认了骨钙素对髓鞘的主要构成成分——少突胶质细胞有重要影响,同时进一步发现,骨钙素的缺失,会影响少突胶质细胞分化以及髓鞘化的功能。
“髓鞘随着人体的发育而逐渐成熟,髓鞘太厚或太薄都是发育不良的表现,容易导致运动障碍、姿势异常,感知、沟通及行为障碍,智力发育落后等各类疾病。当人体在进行直立、行走、坐下、跑步等活动时,在一定程度上会刺激骨头分泌骨钙素,进而影响髓鞘中少突胶质细胞的分化功能,对中枢神经系统产生一定的调控作用。”李翔表示。
“孤儿受体”不孤单
骨钙素究竟如何影响髓鞘?团队将目光投向了一种“孤儿受体”。
漫长的科学史中,人们不懈努力凝结起了人类基因组库。但其中有一类“孤儿受体”,它们是已被发现、但又无法界定其作用和匹配物质的受体。这其中,就包括此次研究的“主角”——G蛋白偶联受体(GPR37)。
李翔团队通过基因测序,对比了骨钙素基因敲除小鼠和野生小鼠的某种基因表达,并首次确定了GPR37是骨钙素在中枢神经系统中的新受体,“孤儿受体”从此不再孤单。
“我们利用各种基因敲除动物模型,并采用不同的研究手段,包括关键的电镜分析、免疫染色、RNA测序等,通过与中国科学生物物理所、蔡司中国、华大基因合作,在不同技术手段下,相互验证了本研究的重要成果。”李翔表示。
据悉,此次研究为相关神经系统疾病的临床干预新策略和新靶点提供了科学依据。(记者 袁斯茹)
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