大脑可塑性受损与安格尔曼综合症学习缺陷有关

大脑中单个基因的破坏可能如何导致与安格尔曼综合征(一种神经遗传疾病)相关的严重认知缺陷?北卡罗来纳大学教堂山医学院和杜克大学的研究人员现在相信他们找到了答案:大脑可塑性受损。

本杰明·菲尔波特博士是北卡罗来纳大学的细胞和分子生理学教授，也是5月10日在线发表的这项研究的资深作者自然神经科学。“通过加强和削弱脑细胞之间的适当连接，这个过程被称为‘突触可塑性’，我们能够不断学习和适应不断变化的环境。”

安格尔曼综合症的发生率为1 / 15000。最常见的遗传缺陷UBE3A基因缺乏表达是该综合征的一个重要原因15号染色体。这种综合症经常被误诊为脑瘫或自闭症。该综合征的特征包括智力和发育迟缓、严重的智力迟钝、言语缺乏(极少或不使用语言)、癫痫、睡眠障碍、拍手、运动和平衡障碍。

Philpot和他的合著者研究了安格尔曼综合征小鼠模型。在这些小鼠中，UBE3A基因存在功能缺陷。研究发现，老鼠的脑细胞缺乏适当加强或削弱新皮层连接的能力，而新皮层是大脑的一个区域，对认知能力至关重要。

“如果脑细胞不能修改它们与新体验的联系，那么我们就会在学习上遇到困难，”医学博士、博士、杜克大学神经生物学教授、该研究的合著者迈克尔·埃勒斯说。“我们发现，在安格尔曼综合征小鼠模型中，一种特定形式的大脑可塑性严重受损，而这阻止了这种情况的发生大脑回路通过对感官体验提供的信息进行编码。此外，一个令人兴奋的可能性是，我们已经发现的缺陷可能是包括自闭症在内的其他大脑发育障碍的更普遍特征。”

在Angelman综合症模型中，脑细胞无法从经验中编码信息，这表明这是这些患者学习困难的基础。

Koji Yashiro博士曾是Philpot实验室的研究生，也是这项研究的主要作者，现在是北卡罗来纳州研究三角公园Urogenix公司的一名科学家，他说:“很难研究经验是如何导致智力迟钝模型中的大脑变化的。”“我们没有研究复杂的学习模型，而是研究了暴露在光照下或黑暗中老鼠视觉区域的脑细胞之间的连接如何变化。这种方法表明，正常小鼠的脑细胞可以根据视觉体验的变化改变它们的连接，而安格尔曼综合征模型小鼠的脑细胞则不能。”

一个意想不到的发现是，在短暂的视觉剥夺后，大脑视觉区域的细胞连接的可塑性可以恢复。Philpot说，大脑缺陷可以逆转的观察结果“非常令人鼓舞，因为它表明可行的行为或药物疗法可能存在。”

“通过展示Angelman综合征模型小鼠的大脑可塑性可以恢复，我们的研究结果表明，Angelman综合征患者的脑细胞保持着表达可塑性的潜在能力。我们现在正在合作寻找一种方法来挖掘这种潜在的可塑性，因为这可以提供一种治疗，甚至治愈安格尔曼综合征，”Philpot说。

Philpot补充说，“同样的实验方法也可以揭示如何大脑细胞将其他相关疾病(如自闭症)的经验信息进行编码，可能为寻找各种神经发育障碍的治疗提供一个模型。”

资料来源:北卡罗莱纳大学医学院

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