刺激人类神经元中线粒体代谢可以加速神经元的发育
人类大脑皮层神经元的发育时间与其他哺乳动物相比要长的多。这一发育以及成熟过程的延长可能正是人脑功能增强的基础。线粒体代谢过程是否影响到不同物种中皮层神经元的成熟呢？
近日，比利时鲁汶大学Pierre Vanderhaeghen在Science以“Mitochondria metabolism sets the species-specific tempo of neuronal development”为题发文，通过对人类和小鼠皮层神经元高时间和细胞分辨率下的比较，发现人类皮层神经元中线粒体发育较慢、代谢活性较低，刺激人类神经元中线粒体代谢可以加速神经元的发育，为理解线粒体代谢与不同物种神经元成熟过程提供了新的见解。
研究表明代谢以及线粒体活性是许多系统中细胞命运转变、成熟等驱动因素。为了研究线粒体代谢对物种特异的神经元发育速度的影响，作者们首先分别使用了来自人和小鼠的体外培养的多能干细胞诱导的皮层锥体神经元，该体外培养体系能够概括皮层发生物种特异性特征。为了进一步检测新生神经元中线粒体的活性，作者们将线粒体标记Mito-Em GFP引入到NNN标记系统中。作者们发现，与小鼠体外培养的神经元相比，人体外培养神经元线粒体发育的时间线显著延长，延长时间可达几个月。通过胚胎电转以及异种移植人类神经元的体内时间说明了小鼠与人神经元成熟过程中线粒体活性的差异。因此，线粒体形态发育具有物种特异性，且与神经元的成熟高度相关。为了进一步比较小鼠和人中神经元发育的线粒体功能特性比如氧化磷酸化和电子传递链功能，作者们使用了Oxygraphy方法对小鼠和人神经元的线粒体耗氧率进行了测量。作者们发现，人发育中的神经元中线粒体代谢活性远远低于小鼠的神经元。
总的来说，该研究证明了线粒体代谢活性参与神经元的成熟，其活性在不同物种中具有不同的活性时间框，提高线粒体代谢活性能够加速神经元的成熟，这一工作为开发神经元发育加速或者减速的工具提供了重要理论依据。
参考文献：Iwata R, Casimir P, Erkol E, et al. Mitochondria metabolism sets the species-specific tempo of neuronal development [published online ahead of print, 2023 Jan 27]. Science. 2023;eabn4705. doi:10.1126/science.abn4705
原文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.abn4705
撰写人：杨晓晗/梁楠楠