最新研究解开谜团，必需氨基酸对大脑发育尤关重要
2023/04/13
最新研究解开谜团，必需氨基酸对大脑发育尤关重要
大脑发育涉及一系列过程，所有步骤环环相扣，目标都是为了产生能精确定位并发挥正常功能的神经细胞，不论是协调过程的基因突变或异常环境因素，都可能导致神经发育障碍，并在后续造成长久的问题。
近日在《Cell》期刊发表新研究中，奥地利科学技术研究所（Institute of Science and Technology Austria，ISTA）与几所维也纳大学合作，发现缺乏一组必需氨基酸（essential amino acids）会导致小鼠和人类出现严重发育问题，增进营养缺乏及新陈代谢等环境因素对大脑发育影响的认知。
大型中性氨基酸（large neutral amino acids，LNAAs）是人体细胞无法自行合成的必需氨基酸，必须通过食物摄取。在先前的研究中，ISTA 曾发现一种新型自闭症与 SLC7A5 基因缺陷有关，出现该缺陷的患者无法将 LNAA 转移到大脑中。这项发现也引起研究人员对氨基酸在大脑发育过程的作用产生好奇，开始深入探索大脑皮质在不同发育阶段的代谢状态。
在最新研究中，透过对小鼠大脑皮层进行代谢组学分析，团队发现 LNAA 在大脑发育某些阶段发挥着关键作用。由于 SLC7A5 是代谢 LNAA 必需的转运蛋白，研究人员进行了条件基因敲除（gene knockout）实验，在小鼠细胞中删除 SLC7A5 后进行观察，评估突变是否会导致小鼠出现与健康小鼠不同的特征变化。
结果显示虽然胚胎阶段小鼠大脑看似形成无碍，但在神经元缺乏必需氨基酸下，小鼠出生后不久神经细胞就开始受到低水平 LNAA 的影响，由于皮质厚度减少出现小头畸形（microcephaly）持续到成年，并在最终出现类似在自闭症谱系障碍（autism spectrum disorders，ASD）患者中观察到的长期行为变化。
随着研究深入，研究人员也尝试透过特殊方法标记并操纵单个神经元，结果就如同优胜劣汰的自然法则，缺乏 LNAA 的神经元由于不太活跃，在出生后不久就消失了。而尽管神经元死亡和活动率在发育关键期后正常化，较小的大脑尺寸仍持续到成年，小鼠也开始出现运动缺陷、社交缺陷和过动等多种行为异常。
虽然结果不完全相同，但标记和操纵神经元的小鼠模型最终与 SLC7A5 基因突变模型的行为模式非常相似。研究人员认为，考量到不同代谢途径之间的相互联系，要建立确切因果关系仍具有挑战，但这项研究已充分展现了即使是新陈代谢和营养供应的微小变化，都可能对大脑发育和功能产生严重影响。
参考资料：1. Cell, 2023, https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.0372. https://ist.ac.at/en/news/feed-them-or-lose-them/
近日在《Cell》期刊发表新研究中，奥地利科学技术研究所（Institute of Science and Technology Austria，ISTA）与几所维也纳大学合作，发现缺乏一组必需氨基酸（essential amino acids）会导致小鼠和人类出现严重发育问题，增进营养缺乏及新陈代谢等环境因素对大脑发育影响的认知。
大型中性氨基酸（large neutral amino acids，LNAAs）是人体细胞无法自行合成的必需氨基酸，必须通过食物摄取。在先前的研究中，ISTA 曾发现一种新型自闭症与 SLC7A5 基因缺陷有关，出现该缺陷的患者无法将 LNAA 转移到大脑中。这项发现也引起研究人员对氨基酸在大脑发育过程的作用产生好奇，开始深入探索大脑皮质在不同发育阶段的代谢状态。
在最新研究中，透过对小鼠大脑皮层进行代谢组学分析，团队发现 LNAA 在大脑发育某些阶段发挥着关键作用。由于 SLC7A5 是代谢 LNAA 必需的转运蛋白，研究人员进行了条件基因敲除（gene knockout）实验，在小鼠细胞中删除 SLC7A5 后进行观察，评估突变是否会导致小鼠出现与健康小鼠不同的特征变化。
结果显示虽然胚胎阶段小鼠大脑看似形成无碍，但在神经元缺乏必需氨基酸下，小鼠出生后不久神经细胞就开始受到低水平 LNAA 的影响，由于皮质厚度减少出现小头畸形（microcephaly）持续到成年，并在最终出现类似在自闭症谱系障碍（autism spectrum disorders，ASD）患者中观察到的长期行为变化。
随着研究深入，研究人员也尝试透过特殊方法标记并操纵单个神经元，结果就如同优胜劣汰的自然法则，缺乏 LNAA 的神经元由于不太活跃，在出生后不久就消失了。而尽管神经元死亡和活动率在发育关键期后正常化，较小的大脑尺寸仍持续到成年，小鼠也开始出现运动缺陷、社交缺陷和过动等多种行为异常。
虽然结果不完全相同，但标记和操纵神经元的小鼠模型最终与 SLC7A5 基因突变模型的行为模式非常相似。研究人员认为，考量到不同代谢途径之间的相互联系，要建立确切因果关系仍具有挑战，但这项研究已充分展现了即使是新陈代谢和营养供应的微小变化，都可能对大脑发育和功能产生严重影响。
参考资料：1. Cell, 2023, https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.0372. https://ist.ac.at/en/news/feed-them-or-lose-them/
