胰島素肽類超家族（insulin superfamily of peptides）對于機(jī)體的平衡、神經(jīng)元可塑性、學(xué)習(xí)和記憶能力至關(guān)重要。近日，一篇發(fā)表在國際雜志Science Advances上題為“Local autocrine plasticity signaling in single dendritic spines by insulin-like growth factors”的研究報告中，來自馬普研究所等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究識別出了胰島素樣生長因子促進(jìn)機(jī)體大腦可塑性的新型分子機(jī)制。

包括胰島素、胰島素樣生長因子1（IGF1）和胰島素樣生長因子2（IGF2）在內(nèi)的胰島素激素超家族（insulin superfamily of hormones）不僅在調(diào)節(jié)機(jī)體血糖、代謝和生長上扮演著重要角色，還在機(jī)體健康的大腦發(fā)育和功能（學(xué)習(xí)和記憶）維持中發(fā)揮著重要作用。這些激素能從肝臟通過血液進(jìn)入大腦，且能在大腦的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中被直接合成，其能與包括IGF1受體等受體結(jié)合，從而激活調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長和活性的信號，而這種信號通路的破壞往往參與到了機(jī)體認(rèn)知功能的下降和諸如阿爾茲海默病等疾病的發(fā)生過程中。

為了理解IGF1和IGF2促進(jìn)大腦健康的分子機(jī)制，科學(xué)家們調(diào)查了海馬體中這種信號通路的激活機(jī)制，海馬體是對于機(jī)體學(xué)習(xí)和記憶非常重要的大腦區(qū)域，具體而言，研究人員想深入研究是否IGF信號在突觸可塑性過程中保持活躍，而突觸可塑性是在機(jī)體記憶形成過程中加強(qiáng)神經(jīng)元之間連接并保護(hù)機(jī)體抵御認(rèn)知功能下降的細(xì)胞過程。

為了做到這一點(diǎn)，研究人員開發(fā)了一種特殊的生物傳感器，其能檢測到IGF1受體何時處于活躍狀態(tài)，從而促使他們能夠度參與突觸可塑性過程的信號通路的活性進(jìn)行可視化分析，當(dāng)突觸處于可塑性狀態(tài)下時，研究人員就能觀察到IGF1受體在加強(qiáng)突觸和附近突觸的過程中被強(qiáng)烈激活，這種受體激活對于突觸的生長和可塑性期間的加強(qiáng)尤為重要，然而，目前研究人員尚不清楚激活這種受體的IGF從何而來。文章中，研究者Xun Tu等人描述了如何能在可塑性期間更好地對受體激活進(jìn)行可視化分析，實(shí)際上，IGF受體的激活位于處于可塑性的突觸附近，這就表明，IGF1和IGF2或許是在海馬體的神經(jīng)元中產(chǎn)生并且在可塑性期間進(jìn)行局部釋放的。

胰島素樣激素對于機(jī)體大腦可塑性非常重要。

圖片來源：Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adg0666

為了探索這一假設(shè)，研究人員檢測了是否IGF1和IGF2能在海馬體的神經(jīng)元中產(chǎn)生并被釋放，有意思的是，研究者發(fā)現(xiàn)了IGF1和IGF2產(chǎn)生過程中所存在的區(qū)域特異性差異，海馬體中一組名為CA1的神經(jīng)元能產(chǎn)生IGF1，而名為CA3的神經(jīng)元則能產(chǎn)生IGF2；當(dāng)CA1或CA3神經(jīng)元能以一種模仿突觸可塑性的方式被激活時，IGF就會被釋放。重要的是，當(dāng)科學(xué)家們阻斷神經(jīng)元產(chǎn)生IGF的能力時，IGF1受體在可塑性和突觸生長以及增強(qiáng)過程中的激活就會被阻斷。

研究者Ryohei Yasuda博士說道，這項(xiàng)研究揭示了神經(jīng)元中一種局部的自分泌機(jī)制對于大腦可塑性非常重要，當(dāng)突觸經(jīng)歷可塑性時，IGF就會被局部釋放從而激活相同神經(jīng)元中的IGF1受體，而阻斷這一機(jī)制或許就會損傷可塑性，這就強(qiáng)調(diào)了該機(jī)制在維持機(jī)體認(rèn)知功能健康方面的關(guān)鍵作用。對這一機(jī)制的發(fā)現(xiàn)揭示了大腦中的記憶是如何被編碼的，并強(qiáng)調(diào)了進(jìn)一步研究大腦中胰島素激素超家族的重要性；科學(xué)家們希望，通過理解IGF激素促進(jìn)大腦可塑性的機(jī)制或能幫助深入闡明是否靶向作用這種信號通路就能預(yù)防機(jī)體的認(rèn)知功能下降并幫助抵御諸如阿爾茲海默病等人類疾病。

綜上，本文研究結(jié)果揭示了IGF1和IGF2在海馬體可塑性上的細(xì)胞類型特異性角色，以及椎體神經(jīng)元（pyramidal neurons）中IGF肽類合成和自分泌信號所介導(dǎo)的可塑性機(jī)制。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

XUN TU,ANANT JAIN,PAULA PARRA BUENO, et al. Local autocrine plasticity signaling in single dendritic spines by insulin-like growth factors, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg0666