头部损伤如何导致严重的脑部疾病

加州大学洛杉矶分校的生物学家已经发现，头部损伤会对可能导致严重脑部疾病的单个细胞和基因产生不利影响。生命科学家提供了第一个海马细胞图谱，海马是大脑中帮助调节学习和记忆的部分，该细胞图谱反映了创伤性脑损伤的影响。研究小组还提出了治疗脑外伤相关疾病的候选基因，如阿尔茨海默病和创伤后应激障碍。

研究人员对15种海马细胞类型中的6000多种细胞进行了研究，这是首次对脑损伤的单个细胞类型进行研究。每个细胞具有相同的DNA，但是激活的基因在不同的细胞类型中是不同的。在这15种细胞类型中，有两种以前未知，每一种都有一组独特的活性基因。

“每一种细胞类型都是不同的，”加州大学洛杉矶分校(UCLA)神经外科、综合生物学和生理学教授Fernando Gomez-Pinilla说。该研究发表在Nature Communications杂志上。

生物学家发现数以百计的基因受到轻度创伤性脑损伤的不利影响，例如脑震荡。这些基因的改变可能会导致阿尔茨海默病、帕金森病和其他疾病。

研究人员在小鼠中复制了一种类似脑震荡的脑损伤，并对其他没有受到脑损伤的小鼠进行了研究。研究人员分析了两组小鼠海马区的数千个细胞，研究结果包括：

1. 没有损伤的小鼠在15种名为Ttr的细胞类型中，有14种细胞的含量非常低。Ttr是一种调节新陈代谢、控制甲状腺激素和执行其他功能的基因。研究人员发现，脑外伤基本上会增加所有细胞类型的Ttr水平。他们得出结论，Ttr对大脑健康非常重要，它可能会给大脑带来更多的甲状腺激素，以维持新陈代谢。

   在小鼠中注射一种称为T4的甲状腺激素，T4改善了创伤性脑损伤引起的学习障碍，并逆转了影响学习和记忆的93个基因的变化。这种由创伤性脑损伤引起的损伤逆转是一项重大的新发现。脑损伤后，新陈代谢明显降低。生物学家认为T4可能会“重启”新陈代谢。

2. 研究人员发现，在15种细胞类型中，至少有12种受到了脑外伤的负面影响，其中一些比其他细胞更强烈。

3. 研究人员能够看到与阿尔茨海默病有关的基因如何在不同的细胞类型中发挥作用，从而提供了有关这些基因在受到脑外伤影响时的作用的新细节。研究者正在研究哪些细胞类型可能是未来研究的目标，也许阿尔茨海默氏症相关基因并不一定在所有不同类型的细胞中都有活性。

4. 生物学家们第一次发现了几个受创伤性脑损伤影响的基因，这些基因最近被证实与人类的神经质行为有关。创伤性脑损伤与抑郁、焦虑和精神分裂症有关。这项研究可能会为这些疾病带来新的治疗方法。

5. 大脑的损伤会导致所谓的创伤后癫痫。研究人员发现了一种可以作为治疗这种癫痫的潜在靶点的基因。

6. 创伤性脑损伤会改变细胞之间相互通信的方式。

了解特定人群细胞中哪些基因发生了变化，可以为该人群提供正确的治疗。这项新研究是精准医学的一个进步，有望为疾病提供个性化治疗。

参考文献

Douglas Arneson, Guanglin Zhang, Zhe Ying, Yumei Zhuang, Hyae Ran Byun, InSook Ahn, Fernando Gomez-Pinilla, Xia Yang. Single cell molecular alterations reveal target cells and pathways of concussive brain injury. Nature Communications, 2018;9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-06222-0

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