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Nature:人类的大脑为何能这么大?

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摘要 : 复杂而庞大的人类大脑皮层被称为是“进化的最高成就”。那么,为什么人类大脑能比其他动物大那么多呢?加州大学旧金山分校的科学家们在本期Nature杂志上给出了自己的答案。

 Nature:人类的大脑为何能这么大?

复杂而庞大的人类大脑皮层被称为是“进化的最高成就”。那么,为什么人类大脑能比其他动物大那么多呢?加州大学旧金山分校的科学家们在本期Nature杂志上给出了自己的答案。

放射状胶质细胞(radial glial cell)是大脑中的一种关键性干细胞,它们负责在大脑生长时生成神经元,其中就包括皮层神经元。放射状胶质细胞生成神经元的时间、地点和程度,对皮层的大小、形状和功能有很大的影响。

Arnold Kriegstein和Michael Oldham领导研究团队比较了小鼠和人类的放射状胶质细胞。他们发现,在大脑皮层的发育过程中,这些细胞里激活的基因大部分相同。不过有18个基因只在人类放射状胶质细胞中有活性,PDGFD就是其中之一。

PDGFD在其他组织里是生长信号通路的关键成员。这种蛋白在初步实验中对大脑细胞的生长产生了很大的影响。进一步研究显示,PDGFD能作用于人类大脑中的前体细胞(包括放射状胶质细胞),是干细胞正常扩增的必要条件。

“这项研究首次向人们展示了,影响放射状胶质细胞增殖的信号通路。在哺乳动物的进化过程中,这些细胞的活性发生了很大变化,”Oldham说。“人类的大脑比小鼠大很多,我们认为PDGFD的表达是一个重要的原因。”

研究人员用PDGFD处理小鼠的放射状胶质细胞,结果大大加快了这些细胞的增殖速度。随后他们又在人类放射状胶质细胞中阻断了PDGFD的受体,大大减慢了这些细胞的扩增。

PDGFD促进人类大脑皮层生长的能力,可能有着重要的意义。在这种蛋白的帮助下,哺乳动物进化时大脑皮层显著增大,最终导致人类的出现,Kriegstein说。

“灵长类动物的脑部大小与认知能力有关,因此促进神经元增多的机制应该也和认知能力有一定的关联,”Kriegstein说。

哺乳动物的大脑皮层相差很大,举例来说,人类大脑比黑猩猩大三倍多。下一步,研究人员将会构建黑猩猩和人类的iPS细胞,比较这两个物种之间的基因表达差异。

原文检索:

Jan H. Lui, Tomasz J. Nowakowski, Alex A. Pollen, Ashkan Javaherian, Arnold R. Kriegstein& Michael C. Oldham. Radial glia require PDGFD–PDGFRβ signalling in human but not mouse neocortex. Nature, 12 November 2014; doi:10.1038/nature13973

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