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腦科學頂刊導讀017期| Nature Neurosci:為什么神經退行性疾病的可能靶點在腸道?

1,腸道植入α-突觸核蛋白原纖維促進老年小鼠的腸道功能障礙和特異性大腦病理癥狀

突觸核蛋白病是一類因不溶性淀粉樣蛋白α-突觸核蛋白原纖維α-syn fibrils聚合導致的神經退行性疾病。α-Syn在特定細胞群中的積累形成了不同的臨床表型,可作為診斷突觸核蛋白病的基礎。例如,在中腦多巴胺神經元中,α-Syn病理學表現(xiàn)與帕金森病(PD)的運動功能障礙相一致。然而,越來越多的證據表明,突觸核蛋白病的診斷發(fā)生在疾病進展的后期,病理機制可能在進展到大腦之前就在胃腸道(GI)中發(fā)生。PD患者和健康人進行胃腸道組織活檢發(fā)現(xiàn),α-Syn積累在胃、十二指腸和結腸里。腸神經系統(tǒng)(ENS)是一個由神經元和腸神經膠質細胞(EGCs)組成的有組織的神經節(jié)網絡,橫跨整個胃腸道。

有假說認為,病理性α-Syn使迷走神經纖維向節(jié)狀神經節(jié)和腦干核內傳遞。一旦進入大腦,α-Syn通過相互連接的神經元傳輸?shù)街心X并引起運動功能障礙。近期研究表明,α-Syn原纖維能夠通過迷走神經纖維發(fā)揮作用,而迷走神經纖維支配腸道并導致行為功能障礙,但病理性α-Syn是如何影響ENS及其傳播機制的還沒有被證實。

因為在PD患者的結腸活檢和糞便樣本中出現(xiàn)促炎細胞因子升高,所以認為炎癥與PD的外周病因學有關。此外,體外研究表明聚集的α-Syn直接激活炎癥途徑。巨噬細胞是炎癥過程的一個組成部分,對于去除病原體(包括去除錯誤折疊的蛋白質聚集體)是必不可少的。溶酶體是蛋白質穩(wěn)態(tài)和清除病原體的主要巨噬細胞調節(jié)器,可以與聚合的α-Syn相互作用。葡萄糖腦苷酶(Glucocerebrosidase, GCase)是一種溶酶體酶,其基因GBA1發(fā)生疾病相關突變,導致溶酶體功能受損。

因為高歇氏病是一種由GCase功能喪失引起的代謝紊亂,而在高歇氏病患者大腦表現(xiàn)出α-Syn水平升高,因此發(fā)現(xiàn)GCaseα-Syn之間的聯(lián)系。進一步的研究也表明,GCase功能受損是α-Syn異常積累的結果。有趣的是,病理性的α-Syn擾亂GCase向溶酶體的運輸,后者在以往的研究假說被認為是α-Syn聚合的一個正反饋回路。因此,在前驅性PD中,GCase活動可能在防止α-Syn積累達到致病性及自我繁殖的閾值中至關重要。

這項工作旨在闡明胃腸道突觸核蛋白基礎的機制。作者發(fā)現(xiàn),用α-Syn預形成的原纖維PFF接種十二指腸腸壁會誘導形成磷酸化的含α-Synp-α-Syn的包裹體,促進局部炎癥反應并破壞ENS連接。

α-Syn PFF接種的十二指腸影響ENS和胃腸道功能。

作者還觀察到,在PFF接種后,衰老(而非年輕)小鼠中從ENS到腦干的α-Syn組織病理學進展,以及紋狀體多巴胺水平降低。最后,通過增加GCase的表達可以減少α-Syn病理和ENS功能障礙,從而確認了GCase作為病理性α-Syn關鍵調節(jié)因子的作用。

研究結果揭示了與前驅性突觸核蛋白病相關的外周非運動癥狀的機制,并證明了腸道植入的α-Syn原纖維如何以年齡依賴的方式促進α-Syn向大腦的病理性進展。

α-Syn PFF接種衰老小鼠的十二指腸可促進p-α-Syn進入大腦。

總之,本項研究發(fā)現(xiàn),與年齡相關的蛋白質穩(wěn)態(tài)下降(包括GCase功能降低)可能會促進ENS中對α-Syn病理的易感性,并支持突觸核蛋白病病因的腸腦假說。了解周圍系統(tǒng)對病理性α-Syn的易感性將促進早期檢測技術和治療學的發(fā)展。為此,本文還證明α-Syn原纖維直接破壞ENS連接,這可能是前驅性突觸核蛋白病的一個生理特征,并強調了利用AAV介導的外周基因轉移通過恢復腸神經元GCase表達從而進行干預的潛力。

本次工作將神經退行性疾病病因學的重點轉移到周圍神經系統(tǒng),并擴展了對ENS在前驅型突觸核蛋白病中的作用的理解。

https://www.nature.com/articles/s41593-020-0589-7

2,涉他決策偏好中特異性的前額內側-杏仁核協(xié)作

利他行為和互惠社會交往促進了群體成員之間的凝聚力,有助于獲得集體獎勵。盡管按照這個邏輯,自私的行為是有害的,但從戰(zhàn)略上來說,這對于確保有限的資源或實現(xiàn)某種社會地位可能是必要的。從理論上講,做出此類社會決策至關重要的認知操作是招募對主要和更抽象的獎勵敏感的多個大腦區(qū)域,并跨越功能各異的皮質和皮質下區(qū)域。
使用社會互動范式的單神經元研究已經在幾個腦區(qū)發(fā)現(xiàn)了與同種動物相關的社會決策變量的神經元相關性。這些區(qū)域包括前扣帶回皮層ACC、背側前額葉皮層、基底外側杏仁核BLA、眶額葉皮層、紋狀體和外側前額葉皮層。其中,前額內側皮層喙狀ACC的回部ACCg被認為專門用于傳達有關人類和猴子社交伙伴的獎賞和激勵信息。
當猴子選擇給同種猴子提供果汁獎勵而不是放棄獎勵來表達其涉他偏好other-regarding preferenceORPs時,一些ACCg細胞只對同種動物的獎勵進行編碼,而其他細胞則以一種無法區(qū)分的方式編碼自己和同種動物的獎勵。而在這個范式中,眶額皮質或ACC溝的神經元主要通過調節(jié)僅與一個人已獲得或已放棄獎賞相關的放電頻率來傳遞自參照的決策變量信號。
這些發(fā)現(xiàn)支持了喙狀ACCg在計算其他參考變量中的作用。相反地,BLA神經元表現(xiàn)出價值調節(jié)相關的活動,編碼那些對自己或同種猴子產生果汁獎勵的選擇,這表明BLA神經元在自我和他人之間的決策變量上使用了一個共享的指標。隨后在人腦顱內研究中也在ACCgBLA神經元中觀察到了相似的特征。
社交大腦網絡中特定節(jié)點之間的連貫性可能在社會行為中起關鍵作用。人類功能神經影像研究顯示了社會認知中涉及的不同腦區(qū)相關激活的重要性。此外,BLA投射的ACC神經元對于小鼠的觀察性恐懼學習是必需的。反過來,皮層下-內側前額葉皮層同步性失調會導致異常的社會行為。然而,靈長類中與復雜社交行為相關的腦區(qū)間的同步機制(如與正性或負性ORP相關的機制)尚不清楚。
ACCgBLA之間相互而密集的投射使得兩個節(jié)點能有效地傳遞社交和情感信息。為了驗證這一點,作者研究了當猴子對同種猴子表達正性或負性ORP時,ACCgBLA之間的單神經元發(fā)放single-neuron spiking和局部場電位LFP活動是如何動態(tài)協(xié)調的。發(fā)放與場電位之間的相干性量化了一個腦區(qū)的神經元發(fā)放如何在離散時間和頻率窗中與另一個腦區(qū)的LFP振蕩信號同步,因此作為主要指標用于觀察腦區(qū)之間神經活動的同步協(xié)調。

研究解剖位置,以協(xié)調BLAACCg之間的神經元發(fā)放和LFP活動

作者發(fā)現(xiàn),兩個節(jié)點之間神經元發(fā)放和LFP振蕩的同步性可以區(qū)分正性ORP與負性ORP。此外,這些同步模式頻率帶和時間窗存在特定選擇,并支持兩個節(jié)點之間的信息定向傳輸。因此,靈長類內側前額葉皮層-杏仁核網絡中神經元活動的獨特節(jié)律協(xié)調可能有助于社會決策。

正性和負性的ORPACCgBLA之間信息流動方向與時間和頻率相關。

總體而言,本研究的發(fā)現(xiàn)支持BLAACCg的神經元在社會決策中利用了不同的頻率通道和方向選擇性協(xié)調。在內側前額葉和杏仁核之間進行有效和戰(zhàn)略性的協(xié)調,將正性ORP優(yōu)先于負性ORP,可能在促進互利的社會凝聚力方面發(fā)揮重要作用。反過來,內側前額葉皮層-杏仁核回路同步傳輸?shù)氖】赡軙鼓X網絡偏向于產生異常的社會行為。
https://www.nature.com/articles/s41593-020-0593-y

作者信息

 

編譯作者:Sheenabrainnews創(chuàng)作團隊

校審:Freyabrainnews編輯部)

題圖:Singularity Hub

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