探索帕金森

帕金森氏症是一种非常普遍的疾病，现在最著名的是迈克尔·j·福克斯。已知它有生物学上的原因，即多巴胺神经细胞的死亡。我们可以通过给病人左旋多巴来代替一些缺乏的化学信使多巴胺来缓解一些症状。但总的来说，这只能在短时间内帮助掩盖症状。研究人员希望通过提出聪明的新技术来改善现有的治疗方法，从而更好地了解这种疾病。我访问了牛津以了解更多....

我叫理查德·韦德·马丁斯。我是牛津大学的讲师，也是最近成立的牛津帕金森病中心的负责人。

关于帕金森氏症，我们真正不了解的关键是，在你大脑中存在的数十亿个神经元中，为什么是那些产生多巴胺的神经元死亡了?这是该疾病的主要未解问题之一，也是我们实验室关注的问题之一。

我们现在第一次能够在实验室里从病人和对照组中制造神经元。我们怎么做呢?你不可能在某人的头上钻个洞，然后取出一些神经元在培养皿中生长。人们想要控制自己的神经元。它们太珍贵了。所以，我们能做的就是使用干细胞的新技术。

所以，我们在中心所能做的就是从一个人身上取一个皮肤活检，无论是帕金森氏症患者还是对照组，用打孔机取皮肤活检这个打孔机的大小和你在一张A4纸上打孔的大小差不多。所以你拿着皮肤打孔，把它带回实验室，把它切成小块，这些小块的皮肤落在盘子的底部，你在上面放上一种生长培养基，一种含有细胞生长所需的所有物质的液体。一种称为成纤维细胞的细胞将开始从皮肤培养物中生长出来。所以大约2到3周后，细胞从你的皮肤样本中生长出来现在你有一个来自病人或对照组的生长细胞的培养物。

接下来你要做的是，如果你愿意，你可以使用各种基因技巧。你可以给这些成纤维细胞添加一些不同的细胞重编程因子，我们称之为细胞重编程因子，如果你愿意的话，它们可以让成纤维细胞的时间倒流。你可以从基因上说服成纤维细胞它们不再是皮肤细胞，而是干细胞。这些细胞将在你的培养皿中以干细胞的形式生长。它们被称为诱导多能干细胞。它们是诱导的，因为你把它们变成了干细胞，它们是多能的。它们会继续变成你喜欢的任何细胞类型。

所以，一旦你从病人身上获得了干细胞，你就可以把它们变成你想要研究的细胞类型。所以，如果我们对心血管疾病感兴趣，我们会把它们变成心脏细胞并进行研究。所以，我们在实验室里做的是，我们对多巴胺神经元感兴趣，它们是如何工作的，它们是如何死亡的，所以我们把这些干细胞变成多巴胺神经元。

汉娜:所以，这项将皮肤细胞转化为多巴胺神经细胞的令人兴奋的新技术提供了一种方法，通过这种方法可以研究帕金森患者的细胞与其他人的细胞有何不同，以及为什么他们一开始就更容易死亡。我们的想法是，一旦你了解了这些细胞是如何在培养皿中死亡的，你就可以首先筛选可能帮助它们存活的新分子，并使我们第一次走上开发帕金森病治疗方法的道路，这种治疗方法可以阻止细胞死亡，而不仅仅是补充已经失去的多巴胺。理查德解释了他们是如何在实验室使用这项技术来做到这一点的。

所以，个体甚至病人体内的多巴胺神经元会愉快地工作30、40或50年，然后开始死亡。我的博士生和博士后不想在实验室里培养这些神经元50年，所以我们必须尝试了解更早时候可能发生的变化。

所以，当病人体内的多巴胺神经元死亡时，它们会积累聚集体，如果你喜欢的话，它们会积累一些“粘乎乎的”蛋白质，称为路易小体，这些路易小体随着神经元的死亡而形成。我们没有研究那个时间尺度，所以我们必须更好地了解这些神经元最早可能发生的变化是什么，这样才能给我们第一个线索，让我们知道它们是如何开始不同的功能的。我们开始了解和研究神经元生物学的各个方面，这些方面在病人和对照组之间可能是不同的。

所以我们可以研究很多东西。我们可以研究它们如何制造多巴胺，如何释放多巴胺。我们可以研究对神经元重要的细胞生物学的其他方面。例如，神经元不会分裂。神经元必须非常严格地调节细胞内的物质，并将其回收再利用。因此，我们开始研究帕金森氏症患者的神经元中可能出现的差异，这意味着他们不能像健康的神经元那样回收和再利用他们的细胞成分。

另一个区别可能是神经元制造、产生和供应能量的方式。细胞中有一种成分叫做线粒体。那是能源工厂。它产生能量，很长一段时间以来，人们一直怀疑帕金森氏症患者的线粒体可能没有那么好，所以我们开始研究患者神经元生物学的各个方面，在对照细胞系中，以更好地理解这些神经元死亡的原因。只有当你知道他们是怎么死的，你才能想到如何保护他们。

汉娜:那么这些已经转化为神经细胞的皮肤细胞，是否可以用来帮助识别几十年后患帕金森氏症的高风险人群?

理查德:这是个好主意。所以，这些干细胞和你制造的神经元令人兴奋的地方在于，它们对你制造它们的病人来说是独一无二的。所以，是的，我们可以尝试将这些神经元分泌的蛋白质联系起来，以及从病人神经元分泌的蛋白质与对照神经元分泌的蛋白质有何不同。

为了更多地了解艾伦提到的情绪症状和帕金森病的进展，我回到剑桥大学与神经学家詹姆斯·罗博士交谈……

詹姆斯-抑郁和其他情绪问题的焦虑，在帕金森氏症中非常常见。还有很多问题没有得到解答。第一个问题是，在年龄相仿的人群中，它是否比你想象的更常见?抑郁症是一些人对坏消息的反应吗?这是对你的生活方式受到限制的一种反应吗?是对你期望一个快乐而活跃的退休生活的一种反应吗?或者是疾病本身导致了抑郁症?我们面临的挑战之一是不清楚通常的治疗方法是否适用于没有帕金森氏症的年轻人，是否对帕金森氏症患者有效。

汉娜:你能给我们介绍一下剑桥正在进行的帕金森研究吗?

詹姆斯:所以这里有一个非常活跃的研究诊所，我们治疗的病人来自剑桥郡和周边地区，它涵盖了各种各样的项目。其中之一是真正尝试了解帕金森病的最初症状是什么，它是如何影响大脑的，在你出现症状的几个月内。在此基础上，我们还想尝试了解是什么预测了帕金森病的发展。你会成为一个患有帕金森病的人，并在10年或15年的时间里保持完全的活动和独立，还是会在最初的几年里成为一个早期和侵袭性痴呆的人?这两种情况都有可能发生。

我们还不明白的是预测和理解为什么一个人会选择另一条路线所以有很多关于这方面的研究。这与治疗帕金森病的一些症状有关我们的重点是治疗帕金森病带来的思维和记忆问题也就是所谓的认知或增强认知。另一方面是寻找可能改变疾病进程的治疗方法，从根本上改变疾病进程。

越来越清楚的是，我们研究的重点是大脑中的其他化学物质也会受到帕金森病的影响，尤其是两种。我们关注的是一种叫做血清素的物质，人们可能听说过它与抑郁和情绪焦虑有关。另一种化学物质是去甲肾上腺素，一种大脑版本的肾上腺素。这对清晰的思维和灵活性也很重要。

是时候来看看本月的头条新闻了，我和剑桥大学的博士生大卫·韦斯顿一起。他一直在忙于神经科学的研究，并提出了他本月最喜欢的三篇论文....

大卫:我要讲的第一篇论文是关于记忆的。长期以来，科学家们一直认为，大脑中一个叫做海马体的区域内新脑细胞的诞生对记忆功能非常重要。但这些新的脑细胞究竟是如何工作的，以及它们是如何融入大脑的，这是研究人员一直在努力研究的问题。现在，美国纽约州立大学的一组科学家利用病毒和光遗传学技术相结合的方法，发现了海马体中新脑细胞的生长到底有多重要。

汉娜:所以这些科学家想找出为什么这些新生细胞非常重要。他们是如何进一步发现这些细胞的呢?

他们用一种病毒将光敏基因植入成年老鼠海马的新生细胞中。现在这种病毒只感染新生细胞并赋予它们产生对光敏感的蛋白质的基因。然后，研究人员能够通过将不同颜色的光照射到这些细胞上来激活或灭活它们，从而控制这些细胞。

汉娜:所以只要用不同颜色的光照射，他们就能控制这些新生细胞是被激活还是被抑制。他们接下来做了什么?

他们想做的是看看海马体中的新细胞对记忆功能有多重要。因此，他们首先表明，如果激活这些新生细胞，它们可以增强突触的可塑性，这被广泛认为与更好的记忆功能有关。然后他们试图使这些细胞失活，他们发现老鼠在一些记忆功能测试中表现得更差。

汉娜:所以新生细胞肯定与记忆形成有关。

大卫:是的，但有趣的是，操纵新生细胞的效果只在细胞四周大的时候才会出现，而不是在细胞更大或更小的时候。这些结果暗示了一种观点，即海马体中的新细胞只能在发育的早期阶段发挥其增强记忆的作用。

汉娜:所以这意味着新细胞出生的时间可能在记忆功能和行为中起着重要作用。迷人的!你的下一篇论文是什么?

大卫:我想谈的第二篇论文也与时机有关。它是关于你的生命在多大程度上受到了胎儿时期的影响。越来越多的证据表明，成年人健康的许多方面都可以追溯到你的胎儿环境，更重要的是你的出生体重。

汉娜:所以你出生时的体重可能和你的大脑有关?参与这项研究的科学家是如何得出这个结论的呢?

大卫-因此，这组在挪威和美国工作的科学家收集了628名成年人、青少年和儿童的数据，测量了他们的大脑皮层厚度、脑容量和大脑表面积，这些数据都是通过核磁共振成象仪进行扫描的。他们发现，随着出生体重的增加，成年后大脑的总体积要大得多。

汉娜:出生体重会影响大脑大小，但为什么这很重要?

大卫:低出生体重会影响你患认知障碍的可能性，比如自闭症，你患这种疾病的可能性是常人的五倍。虽然这项研究没有在出生体重和疾病之间建立任何具体的联系，但它确实表明，大脑发育在很大程度上受到出生周围因素的影响。

汉娜:你的期末论文是什么?

大卫:所以这次的最后一篇论文是关于一种新药，可以帮助对抗阿尔茨海默病的影响。日本和加拿大的研究小组合作研制了一种抗糖尿病药物，并测试了其逆转糖尿病某些有害影响的能力。

汉娜:一种用于治疗糖尿病的药物如何帮助治疗阿尔茨海默病?

这个药，AC253，最初是一个药物试验的一部分寻找潜在的糖尿病目标。其中一个目标是胰淀素蛋白，它类似于有毒的淀粉样蛋白，在大脑中积累，是阿尔茨海默病的关键目标。该团队已经证明AC253可以阻止有毒淀粉样蛋白的形成，在这篇论文中，他们表明用这种药物治疗脑细胞可以逆转阿尔茨海默氏症的一些影响。

汉娜:所以这些实验是在培养皿中的细胞上进行的，但是这离治疗人类阿尔茨海默病有多近呢?

大卫:作者自己似乎对药物治疗的前景相当乐观。这些结果令人鼓舞，因为它们显示了阿尔茨海默氏症的逆转效应，这可能意味着能够逆转记忆力的丧失!

我们会解答一些神经科学方面的问题。我加入了剑桥大学的西蒙·劳克林教授，他一直在发挥他的脑力来回答你关于大脑的问题。

肖恩·霍斯金斯(Sean Hoskins)通过Facebook与大家取得了联系，他问道:“你能通过做一道难的数学题而不是跑步机来消耗热巧克力圣代的热量吗?”

西蒙:答案绝对是否定的。因此，科学家们想要测量人类大脑的耗氧量，并测试大脑是否像肌肉一样——如果你更努力地工作，它就必须消耗更多的能量。因此，他们让人们坐下来解决困难的数学问题，并测量他们大脑的能量消耗。他们发现没有明显的变化。

所以，做困难的数学题肯定不会让你减肥。你能用大脑做的最好的事情就是设计一个良好的锻炼计划和饮食。

汉娜-谢谢你，西蒙。我想我应该开始跑步了，这样才能减掉圣诞节时的体重。