《自然》子刊:反复轻度头部撞击可能会导致认知障碍

2021-05-13 K.K MedSci原创

当频繁的轻微撞击一周后检测到在撞击结束后一个月内大脑反应发生钝化,受影响的小鼠在学习和记忆方面都表现出缺陷。

一定频率的、非损伤性的大脑撞击使得大脑正常功能被弱化,这种撞击所导致的学习和记忆长期问题的神经路径已被确认。乔治敦大学医学中心的神经科学家说,通过这一发现可以设计有针对性的药物疗法来重新激活和恢复正常的认知功能。

过去认为偶尔的轻微头部撞击对学习成果和记忆力没有影响,但5月10日发表在《自然-通讯》杂志报道的新研究中,调查人员发现,当非损伤性头部撞击的发生频率增加时,大脑会改变某种功能方式。研究人员已经找到了负责大脑下调的分子路径,可以防止功能改变。

 

Stephanie S. Sloley et al, High-frequency head impact causes chronic synaptic adaptation and long-term cognitive impairment in mice,Nature Communications(2021).DOI: 10.1038/s41467-021-22744-6

 

乔治敦大学神经科学系副教授马克-伯恩斯博士说,这项研究首次以小鼠为动物模型,对高重复和轻微的头部撞击后在大脑中发生的情况进行了详细的分析。

他说:"大多数研究都是在有更严重脑损伤的小鼠模型中,或在有慢性创伤性脑病(CTE)的人类大脑中进行的。CTE是一种退行性的脑部疾病,常出现在有反复头部撞击史的人身上。"这项研究的目标是了解大脑是如何对低水平的头部撞击做出反应,许多年轻的足球运动员经常受到这种撞击。

研究人员发现,高中和大学橄榄球运动员平均每周要接受21次头部撞击,而防守位的球员,经历的撞击次数是前者的两倍。在受到撞击的运动员中,出现了行为问题,包括轻微的学习效果和记忆力缺陷、攻击性的行为变化和睡眠障碍等。

在这项针对小鼠的研究中,研究人员模拟了足球运动员经历的轻微头部撞击情形。当头部撞击很久之后,发现小鼠表现出学习能力迟缓和记忆力受损。实验结束后,大脑的分析显示,没有出现炎症或Tau蛋白病理学现象,这在脑部创伤或CTE患者的大脑中通常会看到。

乔治敦大学神经科学助理教授贝文-梅因博士对大脑进行了RNA测序。梅因博士说:"我们所有的测序研究都是为了研究神经元之间交流的突触。"

 

高频头部撞击损害认知功能并改变突触转录组特征,导致小鼠的慢性突触适应和长期认知障碍

那么突触功能是如何改变的呢?该研究的另一位作者Stephanie Sloley博士说:"大脑通过突触途径进行交流的。突触可塑性(Synaptic plasticity)是指神经细胞间的连接,即突触,其连接强度可调节的特性。突触会随着自身活动的加强与减弱相应得到加强与减弱。谷氨酸是大脑中最丰富的神经递质,超过60%的大脑突触中都能发现谷氨酸,它在突触可塑性中起作用。头部撞击会导致谷氨酸的大量释放。大脑想要适应由经常性的头部撞击导致大量释放的谷氨酸的情形,会抑制对谷氨酸的正常反应,这也许是大脑保护神经元的方式。"Stephanie Sloley发现,由于神经元对谷氨酸释放的调节方式发生了改变,导致神经元学习新信息的能力降低。

伯恩斯说,在单次头部撞击或不常撞击的情况下,突触不会经历这种大脑的重新调整。但当频繁的轻微撞击一周后检测到在撞击结束后一个月内大脑反应发生钝化,受影响的小鼠在学习和记忆方面都表现出缺陷。

研究人员确认这种撞击导致的认知的变化是由谷氨酸引起的,他们通过在一组小鼠经历一系列头部撞击之前给它们服用一种阻断谷氨酸传递的药物(这种药物被FDA批准用于治疗阿尔茨海默氏病),经历了撞击的小鼠突触或神经传递过程并没有发生适应性变化、也没有出现认知问题。

"这说明我们在头部撞击小鼠身上看到的认知问题是由于大脑工作方式的改变而发生的,而不是因为脑损伤或CTE。如果让年轻球员参加体育运动之前服用这种药物用作神经保护剂,那是不现实的,不是所有球员都会出现认知障碍。我们可以利用这项新发现来开发针对突触的治疗方法,扭转不良状况。"梅因博士说。

伯恩斯认为,“CTE和这种新发现的机制是不同的。虽然撞击头部会导致大脑的工作方式的改变,但这项研究也揭示了反复头部撞击后出现的学习和记忆障碍,并不意味着会出现无法治疗的神经退行性疾病。”

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  1. 2021-05-13 jyzxjiangqin

    好文章!

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