Neuron：神经和血管细胞如何协调生长

神经细胞需要大量的能量和氧气。他们通过血液接受这两种物质。这就是为什么神经组织通常被大量的血管交叉。但是，是什么防止神经元和血管细胞在生长过程中相互阻碍呢?海德堡大学和波恩大学的研究人员与国际合作伙伴一道，确定了一种解决这一问题的机制。研究结果已发表在该杂志上神经元．

神经细胞极度饥饿。我们通过食物摄入的热量中约有五分之一进入了大脑。这是因为产生电压脉冲(动作电位)并在神经元之间传递它们是非常耗能的。因此，神经组织通常被许多血管交叉。它们保证了营养和氧气的供应。

在胚胎发育期间，大量的血管在大脑和脊髓中发芽，也在眼睛的视网膜中发芽。此外，大量的神经元在那里形成，它们彼此相连，并与肌肉和器官等结构相连。这两个过程必须互相体谅，以免妨碍对方。“我们已经确定了一种确保这一点的新机制，”卡门·鲁伊斯·德Almodóvar教授解释说，她是波恩大学卓越免疫感觉集群和跨学科研究领域生命与健康的成员。

研究人员于2022年初转移到波恩大学医院的神经血管细胞生物学研究所。自今年春天以来，她一直拥有一个特别设立的Schlegel教授职位，该大学旨在吸引优秀的研究人员到波恩。然而，大部分研究仍然在她的老工作地点完成，曼海姆医学院的欧洲血管科学中心，这是海德堡大学的一部分。这项工作随后在波恩大学完成。在她的研究中，她和国际合作伙伴仔细观察了小鼠脊髓中血管的形成。

脊柱停止生长

她说:“动物在受精后大约8.5天开始在脊髓中出现血管。”“然而，在第10.5天和12.5天之间，血管不会向所有方向生长。尽管在这段时间内，它们的环境中存在大量促进生长的分子。相反，在这段时间里，大量的神经细胞——运动神经元——从它们在脊髓中的起源位置迁移到它们的最终位置。在那里，它们形成一种叫做轴突的延伸，从脊柱延伸到各种目标肌肉。”

这意味着，当血管不向它们生长时，运动神经元会自我组织和生长。只有在那之后，血管才开始再次发芽。“整件事就像一个精心编排的舞蹈，”José里卡多·维埃拉解释道。Ruiz de Almodóvar研究小组的博士生在这项研究中做了大部分工作。“在这个过程中，双方都小心翼翼地不妨碍对方。”

但是这种舞蹈是如何协调的呢?显然，通过运动神经元向血管细胞发出“停，现在轮到我了”的信息。为了做到这一点，它们使用一种释放到环境中的蛋白质——信号素3C (Sema3C)。它扩散到血管细胞，并在那里停靠在一个叫做PlexinD1的受体上——从某种意义上说，这就是分子信息要传递给的耳朵。

耳聋的血管细胞不受控制地生长

“当我们停止小鼠神经元中Sema3C的产生时，这些神经元所在的区域会过早形成血管，”Ruiz de Almodóvar教授解释道。“这阻碍了神经元轴突的正常发育——血管阻止了它们这样做。”当研究人员通过实验停止血管细胞中PlexinD1的形成时，他们获得了类似的效果:由于这些细胞现在对神经元发出的Sema3C信号充耳不闻，它们并没有停止生长，而是继续发芽。

结果证明了在胚胎发育过程中这两个过程协调运作的重要性。这些发现也有助于更好地了解某些疾病，例如由强大和不受控制的血管生长引起的视网膜缺陷。从长远来看，使用新发现的机制也可能有助于再生受损的大脑区域，例如脊髓损伤后。