Only Perception: 研究：胰島素受體可管控腦部迴路的結構

2008-06-22

研究：胰島素受體可管控腦部迴路的結構

Neuroscientists show insulin receptor signaling regulates structure of brain circuits
http://www.physorg.com/news133065741.html

June 19, 2008

發訊（signaling）在突觸與樹突上的衝擊首度在活體生物上獲得證明。

冷泉港實驗室（Cold Spring Harbor Laboratory，CSHL）的一個神經科學家團隊第一次在活體動物身上證明，腦中的胰島素受體能起始發訊（initiate signaling），那同時管控神經迴路的結構與功能。

這項發現為這類受體，而且或許包括了胰島素，提出其所扮演的重要角色，不僅是在腦部發展上，也包含了認知以及使認知受損的病理學過程，例如：阿茲海默症。

在細胞表面的胰島素受體遍及全身，長久以來即知其透過葡萄糖的管控在控制新陳代謝中扮演一種核心角色。當一個胰島素分子，一種荷爾蒙，與此受體「銜接（docks）」時，一連串複雜的發訊開始在細胞內部動作，以細胞的胰島素攝取告終。

腦部不再是「胰島素感覺遲鈍」

雖然胰島素受體曾在哺乳類動物的某些部份中被觀察過，但絕大多數科學家，直到幾年前，都假定這個器官是「胰島素感覺遲鈍」，因為他們知道葡萄糖能在不牽涉到胰島素或胰島素受體的情況下由腦細胞所攝取。

然而，在最近幾年，那已證明腦事實上為胰島素的目標，而且在細胞培養實驗中，在神經元中的胰島素受體發訊對於神經迴路的形成與發展有所衝擊。直到 CSHL Hollis Cline 教授的實驗室在實驗中證明並發表在本週的 Neuron 之前，這都未曾在活體動物身上證明過。

這些實驗，以非洲爪蟾的蝌蚪（Xenopus tadpoles）完成，證明在神經元中的胰島素受體發訊，控制突觸的維持，促成感知資訊的處理，而且也涉及腦部迴路在回應經驗時的可塑性調整。後面這一項功能格外有趣，Dr. Cline 提到，"那為將神經元合併（incorporation）到腦迴路中所需。"

阻礙受體

為了要測試「胰島素受體在生長期間發訊管控腦迴路的形成」這個構想，冷泉港團隊使用二種不同的技術封鎖神經元中受體的功能。這些神經元位於蝌蚪的視覺路徑。一種方法是在遺傳上剔除受體的表現，而另一種則是讓它們留在原處，但避免它們在細胞內起始一連串的發訊。

"對於這樣的實驗來說，蝌蚪是種很棒的生物，" Dr. Cline 解釋，"部份是因為牠們有半透明的身體，當我們操縱其表面上的胰島素受體時，那使我們很容易看見並記錄個別神經元發生了什麼事。"

當胰島素受體的功能被阻擋時，在視覺路徑（那將蝌蚪的視網膜連結到一個稱為頂蓋 (tectum) 的腦部區域）中的神經元對於光刺激的反應相當貧乏。頂蓋這一個區域中的腦細胞會處理進來的視覺訊號。"我們證明胰島素受體對於這種迴路的適當運作至關緊要，而且受體發訊中的缺陷會導致此動物視
覺回應的減少，" Dr. Cline 表示。

樹突分歧的曠時影像（time-lapse images）

這個團隊接著完成另一項實驗，那證明二種值得注意的事實。一個是，在腦部迴路中，胰島素受體發訊與突觸（神經元與神經元間的連結）的密度相關連。在更技術性的措辭中，他們發現，胰島素受體維持突觸的密度，而且當胰島素受體被移除或不正常時，突觸密度會減少。

這個團隊亦獲得樹突形成的曠時影像，這種飄逸的、樹枝狀的結構會接受另一個神經元所發出的化學訊號。再一次，他們發現當胰島素受體被佔用並在細胞內發送訊號時，樹突的生長會增強，尤其是在回應視覺刺激時。

在這之中，一如關於突觸濃度的發現，這個團隊發現，在回應進來的視覺訊號時，胰島素受體發訊管控腦迴路的形成與作用。另一種表達這件事的方式是：受體管控腦迴路以回應「經驗」。

與疾病的可能聯繫

這暗示著腦中的胰島素受體不只是在生命早期階段的腦部發展中，而且也在疾病進程中扮演一種關鍵角色，那通常發生在生命晚期。末期糖尿病的患者會造受記憶喪失與認知不足之苦，也許是因為在腦中的胰島素受體發訊被搞亂了、突觸的連結喪失了以及腦部迴路並沒有在最理想狀態下運作。

此外，其他研究者已發現胰島素受體發訊縮減與阿茲海默症之間的關聯。冷泉港團隊的研究結果，提出了一項質疑：與阿茲海默症有關聯的學習與記憶不足（deficit）是否與胰島素受體發訊降低所造成的突觸密度減少有因果關聯。

"我們離確切知道這件事還很遠，不過那是我們的研究正引領我們的一個方向，" Dr. Cline 補充道。

※ 相關報導：

＊ Insulin Receptor Signaling Regulates Synapse Number, Dendritic Plasticity, and Circuit Function In Vivo
http://www.neuron.org/content/article/abstract?uid=PIIS0896627308003668