最新研究解開謎團,必需氨基酸對大腦發育尤關重要

0

大腦發育涉及一系列過程,所有步驟環環相扣,目標都是為了產生能精確定位並發揮正常功能的神經細胞,不論是協調過程的基因突變或異常環境因素,都可能導致神經發育障礙,並在後續造成長久的問題。

近日在《Cell》期刊發表新研究中,奧地利科學技術研究所(Institute of Science and Technology Austria,ISTA)與幾所維也納大學合作,發現缺乏一組必需氨基酸(essential amino acids)會導致小鼠和人類出現嚴重發育問題,增進營養缺乏及新陳代謝等環境因素對大腦發育影響的認知。

大腦研究新突破!美英合作繪製出首個昆蟲大腦神經圖譜(基因線上國際版)

低水平 LNAA 會導致小鼠小頭畸形

大型中性氨基酸(large neutral amino acids,LNAAs)是人體細胞無法自行合成的必需氨基酸,必須通過食物攝取。在先前的研究中,ISTA 曾發現一種新型自閉症與 SLC7A5 基因缺陷有關,出現該缺陷的患者無法將 LNAA 轉移到大腦中。這項發現也引起研究人員對氨基酸在大腦發育過程的作用產生好奇,開始深入探索大腦皮質在不同發育階段的代謝狀態。

在最新研究中,透過對小鼠大腦皮層進行代謝組學分析,團隊發現 LNAA 在大腦發育某些階段發揮著關鍵作用。由於 SLC7A5 是代謝 LNAA 必需的轉運蛋白,研究人員進行了條件基因敲除(gene knockout)實驗,在小鼠細胞中刪除 SLC7A5 後進行觀察,評估突變是否會導致小鼠出現與健康小鼠不同的特徵變化。

結果顯示雖然胚胎階段小鼠大腦看似形成無礙,但在神經元缺乏必需氨基酸下,小鼠出生後不久神經細胞就開始受到低水平 LNAA 的影響,由於皮質厚度減少出現小頭畸形(microcephaly)持續到成年,並在最終出現類似在自閉症譜系障礙(autism spectrum disorders,ASD)患者中觀察到的長期行為變化。

強調營養素對大腦發育的重要性

隨著研究深入,研究人員也嘗試透過特殊方法標記並操縱單個神經元,結果就如同優勝劣汰的自然法則,缺乏 LNAA 的神經元由於不太活躍,在出生後不久就消失了。而儘管神經元死亡和活動率在發育關鍵期後正常化,較小的大腦尺寸仍持續到成年,小鼠也開始出現運動缺陷、社交缺陷和過動等多種行為異常。

延伸閱讀:天然ㄟ尚好!小鼠研究發現FGF21 對乙醇的特異反應與對大腦的保護機制

雖然結果不完全相同,但標記和操縱神經元的小鼠模型最終與 SLC7A5 基因突變模型的行為模式非常相似。研究人員認為,考量到不同代謝途徑之間的相互聯繫,要建立確切因果關係仍具有挑戰,但這項研究已充分展現了即使是新陳代謝和營養供應的微小變化,都可能對大腦發育和功能產生嚴重影響。

參考資料:
1. Cell, 2023, https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.037
2. https://ist.ac.at/en/news/feed-them-or-lose-them/

©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫:[email protected]

Share.
error: 注意: 右鍵複製內容已停用!