脑神经系统-中枢神经可塑性

神经元的凋亡（ 神经元的凋亡（Apoptosis）——自然死亡是生物体内普遍现象 ） 自然死亡是生物体内普遍现象 在神经系统发生发育过程中，细胞的分裂、生长、分化 和细胞死亡的精确配合有着重要作用。在中枢和周围神经系统 中，半数以上的神经元在发育中死亡。神经元发育过程中这种 死亡认为是一种主动过程，称为程序化细胞死亡（programmed cell death ,PCD）。神经元在竞争有限的神经营养因子（NTFS） 过程中，会在特定部位和时间中按自身程序死亡。在成人中， 亿万细胞 / 每小时死亡，发生PCD，在猫视网膜，80%视神经节 细胞死亡，鸡的视网膜有40%死亡，两栖类和鱼类则没有。一般 说来，在继续生长的动物中，神经元死亡不十分明显。 PCD在调节细胞增殖过程中发挥重要作用，细胞的这种 死亡在神经系统中也称为细胞凋亡（Apoptosis）。如染色质浓 缩，核酸内切酶将核小体DNA裂解为160-180bp片段，电泳的图 谱呈梯形，细胞呈泡状外形，形成有包膜的凋亡小体。细胞凋 亡与细胞坏死不同，后者为细胞膨胀分解并出现炎症反应。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
产生新生神经元的干细胞位于海马齿状回沟门的边界上， 它们在那里不断分裂，产生与双亲实验完全一样的后代。但许多 新生的神经元分裂之后即死亡了。一些则迁移到周围粒细胞层深 处，一些迁移到嗅球中。99年美国Princeton大学的Elizaberth Could在Since发表了成年恒河猴脑中进入新皮层的新生NC起源于 室管膜下区（Subrantricular zone SVZ）并通过皮层迁移到新皮层， 在那里与周围神经元形成联系，成为发育完善的功能神经元。 （SVZ→产生神经干细胞 Deatsch F 1997, Neuroscince , Johansson 1999, Cell.） 这一最新发现证明了人中枢神经系统具有强大的可塑性。 它使我们未来能否利用和诱导这种可塑性成为可能。诱发激活处 于静止状态的神经干细胞，并使其迁移到特定的区域发育成为相 应的神经元，为治疗脑损伤或神经元疾病带来了曙光。
鸡禽金丝雀对语言的掌握是通过对外界声音的刺激模仿获得的。金丝雀鸣啭 学习有三个时期：①年幼的金丝雀声音具有高度的不稳定性和变异性，②性 成熟前声音形成了成鸟具有的鸣啭模式，但偶尔仍回发出不稳定的变异声音， 此期为“可塑期”，③金丝雀已达性成熟，声音亦为稳定成熟期，声谱结构 分析证明，它们发出的声音为极其固定的鸣啭模式，音符及短语均有明显的 顺序规律。然而不可思议的是，当春天繁殖季节一过后，到夏季和早秋时， 该雀的鸣啭结构发生了重新的变异，从稳定变为了不稳定，即成雀鸣啭变为 幼雀的鸣啭，其中40%旧音符丢失了。直到次年的春天新繁殖季节到来，它 们的鸣啭声音又变得和从前一样稳定了。金丝雀的这种随季节发生可塑性的 变化引起了人们的极大兴趣，这种声音的变化反映了发音的神经系可塑性的 变化。在1983年，由Goldmann和Nottebdlm在金丝雀脑中发现新生的神经元 变化得以了证实。
第 二 阶 段：细胞水平及分子水平时期
从80年代来，在神经系统发现多种与神经生长、发育有关的因子，称之 为神经营养因子（neurotroplic factor, NTFS），指能支持神经元存活，促 进其生长，分化，维持功能，受损时可保护存活促进再生的化学因子，包括 NGF，CNTF，BDNF，NT3，NT4，NT5/6，GDNF等家族。 从52年，Lem Monfalcini 发现NGF，开创了神经因子发现先例，它仍对神经 元的保护作用引起了人们极大兴趣。如GDNF可挽救发育中中枢神经元的自然 “编程死亡”，促进神经元存活。挽救损伤后运动神经元的大量丧失。NGF 促进神经断端轴突的再生，局部用BDNF可防止大鼠坐骨神经元的死亡；NT3可 诱导损伤的皮质脊髓束侧枝生长出芽，挽救损伤的clarke神经元存活，阻止 断离的脊髓神经元萎缩等。我们的研究亦证实了中枢脊髓受损后，内源性的 NGF，BDNF，NT3和NT4均有不同程度的增加，提示中枢神经的受损修复与上述 NTFS因子密切相关。 可以预期随着NTFS的深入广泛研究，NTFS的获取和给药途径的改进，中枢神 经损伤修复将会得到极大的改善。
成年体损伤后的可塑性
在神经损伤反应中，既有已存的突触脱失，又有神经出芽（sprouting） 形成新的突触连接。神经损伤还可以跨突触出现远离部位的损伤。如周围神 经元的损伤可引起中枢相应皮质内突触结构变化和神经回路的改建，一侧神 经损伤可引发对侧相应部位突触的重排或增减。 大脑皮质层具有重组（Reorganization）能力。由Merzenich等人对猴 大脑皮层电生理研究证实，切断结扎正中神经和截指可引起大脑相应感觉区 皮层区的重组。受损支配的区域（沉寂区）可以被完全或部分代偿。在损伤 区的周围发生了重组，提示了皮层的重组能力可能是脑损伤后功能恢复的神 经基础。 神经系统损伤后的再生是可塑性的另一种形式。脊髓损伤后，可塑性的 变化表现形式为附近未受损伤神经元轴突的侧枝出芽(lateral sprouting ) 最先发生；若受损神经元仍存活时，可出现再生性出芽（regenerating sprouting）。在发育神经元轴突侧枝受损伤时，其正常的其它侧枝可发新 芽代偿性出芽（compensatory sprouting）。
成年人脑中的新生神经元
几乎所有的人体组织能够在一生中某种程度上修复自身。如皮肤划伤 后，正常情况下几天之内将愈合。骨折的病人，断骨亦将逐渐愈合。这是 由于“干细胞”的作用结果。干细胞除外自身复制，也能产生许多不同种 类的其它细胞，骨髓中的干细胞能产生所有血液中的各种细胞。红细胞每 分钟可生成25×1012个。 直到20世纪80年代，全世界的科学家还坚定不移地相信高等脊髓动物 脑干不可能有神经元的再生。因为脑中缺乏再生神经元的干细胞。直到 1997年，Eberhard Fuchs和Elizaberth Gould研究小组发现类似灵长类的 树句的海马中有神经元的再生。98年又在狨猴中发现同一现象存在。这些 发现使他们认为成年人脑中完全有可能存在神经元再生的现象。但却无法 在人脑中直接实验证实。Eriksson Doc.从患有舌癌和喉癌晚期病人（溴 脱氧尿苷Brdu示踪的分裂细胞）脑中，第一次证实了人类成体脑中存在新 生的神经元。
形态学变化为3个时期：
I： 核仁崩解，染色质固缩成块，集于核膜，胞质浓缩，细胞体积缩小，但 细胞器变化不大，如C和D图。 II： 核膜内陷，包被染色质块，成小球状，形成凋亡小体，如F和E图。 III：死亡细胞大部分或全部形成凋亡小体，并周围出现巨噬细胞吞噬， 如G图
脊椎动物成体脑中神经元的再生
以往认为，高等脊椎动物的CNS在发育到胚胎期即已告完成。成年的CNS仅存 有限的神经突起和神经网络的补偿性再生和修复功能。但20世纪80年代中期， 美国洛克菲勒大学的Goldmann和Nottebdlm首次证明了成体鸡禽金丝雀脑中存 在神经元再生的现象。他第一次否定了高等脊椎动物脑中不会有神经元再生 的结论。对成体CNS的可塑性有了新的认识，同时推动了对哺乳动物大脑皮层 神经元的起源迁移和分化过程的研究。它是一种揭示高等哺乳类CNS可塑性机 制研究的极好的动物模型。
结构可塑性：包括神经元，突触结构，神经回路等 分类 宏观：学习、记忆，行为和精神活 功能可塑性 微观：神经递质，神经受体及离子通道 等功能
发 育 可 塑 性
中枢神经发育早期的可塑性最大，更易受内外界环境因素影 响。中枢神经可塑性一般有一关键期，此期前神经对各种因素 最敏感，此期以后则敏感程度大大降低。在此期间单位皮质的 神经元突触数量最大。中枢神经系统发生在发育期或幼年期， 则其功能恢复情况比同样损伤发生在成年期预后好许多。另外 在胚胎发育期，神经回路的联系相对过量，这种过量的神经连 接是形成成熟神经网络的必须基础。它决定环境因素和基因因 素调控其可塑性。
应用[3H]放射自显影和荧光逆行神经示踪技术证明，发声神经核团（HVC） 中向RA投射的神经元产生具有明显季节的规律。金丝雀在9-12月，其脑中 新的神经元数量逐渐增加，次年1月其数量不再变化直到繁殖季节结束为止。 统计表明：新增加的神经元可达50-75%，再新生的神经元80%发生在9月中 旬。该现象表明：繁殖季节过后，金丝雀声音结构发生变异，不稳定时， 恰是大量RA投射神经元加入到HVC发声神经核团的时间，它们参加到原有的 发声神经核网络中，正是金丝雀鸣啭学习的必须物质保证。当到第二个春 季繁殖季节时，新的神经元已和原有的神经元形成新的功能联系，因而新 的神经元不再增加。 最近美国的Goge和Eriksson在世界上首次报道了他们惊人的发现，在五位 年龄57-72病人（舌癌及喉癌）脑中，发现了新生的神经元 （Brud是一种 溴脱氧尿苷示踪剂）。在海马的齿状回，新生神经元的密度高达100-300个 /mm3，其中一个病人的脑中新生神经元存活了781天。证明了人脑中损伤及 死亡神经元的替换有了突破性进展。不仅对神经科学的基础理论研究还是 临床医学应用前景都具有重大意义。
神经凋亡的主要原因并不是这些神经元自身有缺陷，死亡的主要原因是神经 元和靶细胞群体数目必须匹配。它们之间存在着调节这种比例的机制。发育 过程中，过量神经元的产生，可能是进化上选择新通路的条件。实验证明， 特定神经元群的靶组织存在其神经元迁移到达之前被移走，则85%-90%神经元 将会死亡，在正常时则仅50%左右神经元会死亡。 细胞凋亡和死亡基因有关：主要死亡的基因为ced-3和ced-4，存活的基因为 ced-9，它能抑制ced-4，保护神经元及其它细胞的存活。它们可在个体发育 过程中自动调控细胞的存活。 细胞死亡受体和死亡配基：细胞死亡的受体主要是肿瘤坏死因子TNF/NGF受体 家族成员，如TNFR1，Apo-1/P75(NTR)，DR-3/Apo-3，DR-4和DR-5等。它们通 过其脑外结构域产生相应的死亡配基因子结合，触发死亡受体胞内结构域产 生死亡信号，传给胞质信号分子导致细胞死亡。P75与NGF结合后，可诱导细 胞凋亡产生，但NGF抗体预先处理后，便可阻止细胞凋亡出现。这说明神经系 统在内源性的NGF与死亡受体结合后，能导致神经细胞凋亡。