新的神经元修剪器

乔安·布坎南（JoAnn Buchanan）博士是艾伦脑研究所（Allen Institute for Brain Science）的一名科学家，致力于数据研究。她一次次点击鼠标，扫描电脑屏幕上分枝、盘绕的小鼠脑细胞3D模型。然后她找到了一些神奇的东西：一种她不熟悉的脑细胞。

“它们是如此漂亮的细胞，我十分痴迷。”布坎南说。尽管这些脑细胞比神经元小，却与神经元有相同的复杂程度，它们被叫做少突胶质前体细胞（oligodendrocyte precursor cells, OPCs）。

“我在它们之中找到了从未见过的东西。”布坎南说。

这并不是一个隐喻。她真的在这个OPC中看到了他人未曾注意到的东西——一种可以消化其他细胞的一部分的机制。

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原来，OPC正在啃食和吞噬相邻神经元的一小部分。这听上去很恐怖，但却是脑中的一个正常过程。这个过程叫做突触修剪（synaptic pruning），主要发生在脑的早期发育时期。

当神经元形成新的连接（突触）时，也会丢失旧的连接。而脑中其他的细胞会清除并丢弃无用连接的机制。

布坎南和她的同事在PNAS发表的文章描述了这一新发现——OPC的神经元啃食功能。先前，突触垃圾被认为是小胶质细胞（microglia）清理的，而小胶质细胞是脑中的免疫细胞。

论文题目：

Oligodendrocyte precursor cells ingest axons in the mouse neocortex

DOI：

https://doi.org/10.1073/pnas.2202580119

小胶质细胞被称作脑中垃圾处理系统，并以此闻名。所以当布坎南第一次与其他人讨论她的发现时，一些神经科学家不相信OPC也可以修剪神经元。

这种细胞性的进食叫做吞噬作用（phagocytosis）——从古希腊单词phagein衍化而来，意思是吞食。执行吞噬功能的细胞被称作吞噬细胞（phagocyte）。

“这是个完全出乎意料的发现，因为修剪神经元一直被认为是小胶质细胞的主要功能，小胶质细胞正是因为它们是脑中主要的吞噬细胞而出名。但是突然间我们发现，其他的细胞也在做这个。”布坎南说。

我们知道，OPC可以分化成另一种脑细胞——少突胶质细胞 （oligodendrocytes）。少突胶质细胞组成了神经束周围的白色厚绝缘体。这个可以阻断电的绝缘体也被叫做髓鞘（myelin），是组成脑中白质（white matter）的成分。髓鞘的损伤也是导致自身免疫疾病——多发性硬化症（multiple sclerosis）的关键。

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但一段时间以来，科学家都猜测除了产生这些有绝缘功能的脑细胞，OPC是否其他功能，因为脑中OPC的数量实在太多了。艾伦研究所团队的这一发现就指明了另一个OPC可能具有的功能。

约翰霍普金斯大学医学院教授、该研究的共同作者之一德怀特·伯格（Dwight Bergles）博士说道：“这些细胞现在被人们更加地重视。”

“但你会发现它们几乎不在神经科学的教科书中被讨论，尽管它们在中枢神经系统的所有细胞中占据了大约5%。”

数据中的一些新发现

这一发现的诞生多亏了布坎南帮助建立的数据库。该数据库收集了小鼠一粒沙子大小的脑组织中近20万脑细胞的详细3D模型。

这个脑细胞数据库是通过电子显微镜建立的。电子显微镜可以用一束聚集的电子轰击脑切片来捕捉图像。由于电子比光的波长要短许多，与光学显微镜相比，电镜能在更高的空间分辨度上捕捉微小细节。

在拍照前，一粒沙子大小的小鼠脑组织被切成了25000片；艾伦研究所使用的电子显微镜则让电子束穿过这些薄薄的脑切片。

少突胶质前体细胞。

图源：艾伦研究所

布坎南在她整个职业生涯（超过40年）一直在研究电镜得到的数据。但她从来没有做过一个像这样的数据库。这个数据库很大，它不仅包含了如此多的细胞的数据，还大到可以让我们从整体和与周围细胞的关系层面去了解复杂的、分枝的神经元及其他脑细胞。

但在布坎南关于OPC的这一发现中，该数据库最重要的贡献还是用计算方法，将原来的超薄切片合并成了完整细胞漂亮的3D结构图。

这个项目花费了五年时间、由多个团队的科学家完成。它由艾伦研究所、贝勒医学院和普林斯顿大学（他们负责用计算方法生成3D模型，从而让如此深入的研究成为可能）共同合作完成。

现在这三个研究所的科学家正在从这个庞大的3D数据库中寻求新的洞见。因为数据是公开的，所以任何人都可以仔细研究小鼠如此渺小的脑组织中成千上万个结构。

艾伦研究所脑科学副研究员、该研究的共同作者之一努诺·马萨尔里科·达·科斯塔（Nuno Maçarico da Costa）博士认为，艾伦脑研究所的团队主要聚焦于小鼠神经元的结构，而神经元只占据数据库中略少于一半的细胞数量。还有更多除了神经元以外的东西值得研究，比如OPC。“这个发现多亏有布坎南的洞察力和数据库足够庞大的规模。她让我们看到了数据中新的东西。”

作者：Rachel Tompa, Ph.D. l 译者：P l 校对：M.W.

编辑：M.W. l 排版：语月 l 封面：Dream Studio AI

原文：

https://neurosciencenews.com/opcs-synaptic-pruning-21961/

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