據加州大學伯克利分校的科學家稱，一種已知可刺激全身細胞生長的人體激素具有新的作用--幫助在大腦的氣味中心建立適當的神經連接。
激素，胰島素樣生長因子（IGF），為生物醫學研究人員所熟知，並已被測試用於治療糖尿病和一些生長障礙。然而，直到現在，幾十年的研究只發現了 IGF 的一個可靠作用，那就是使細胞生長和繁殖。
神經科學家、科茨家族神經科學教授兼加州大學伯克利分校功能基因組學實驗室主任 John Ngai 和他的同事們現在發現，IGF 在建立鼻子中的化學檢測器與大腦的嗅覺中心。這些中心，即嗅球，是大腦前部的一對葡萄乾大小的結構，用於分析來自鼻子中許多氣味受體的信號。
IGF加入了少數已知的分子，這些分子已知在其發育過程中指導大腦中神經細胞的生長，使其成為“大腦工具包中的另一個工具，用於連接大腦，”Ngai說。
除了這揭示了大腦在生長過程中如何自我連接之外，一旦醫生開始將新細胞（也許是乾細胞）植入大腦以治愈神經退行性疾病，這些分子可能在治療上變得很重要，Ngai 說。
“即使你找到了一種方法來培養新細胞來替代垂死的細胞，這些細胞仍然需要建立適當的連接，”Ngai 說。 “所以，你所知道的關於驅動大腦正常連接的任何事情都將幫助你弄清楚如何讓這些新細胞正確連接起來。”
Ngai 及其在加州大學伯克利分校、中國上海生命科學研究所和哥倫比亞大學醫學中心的同事在 3 月 27 日的《神經元》雜誌上報告了他們的發現。
netrin、ephrin、semaphorin、slit 和現在的 IGF 分子被稱為軸突引導分子，因為當神經將其觸手狀軸突伸入大腦以與其他神經元連接時，這些分子充當引導軸突的路標到正確的腦細胞。隨著大腦在早期發育過程中生長到大約 30 億個神經細胞，每個神經細胞平均與其他神經細胞建立 10,000 個連接，因此“指導線索”至關重要。
“例如，來自眼睛視網膜的細胞將信號傳送到您的大腦中，傳達有關外部世界的信息，然後這些信號以非常有序的投影返回到您的大腦中，因此有一個地形圖來自視網膜的視覺世界在大腦中的每個連續中繼層，”Ngai 說。 “某些東西必須對這些連接進行排序，否則您將看不到連貫的圖像。”
到目前為止，這些軸突引導線索包括使軸突向它們生長的化學引誘劑，以及使它們轉離的化學排斥劑。正如 Ngai 在中國的同事所表明的，IGF 是一種引誘劑。軸突的生長錐轉向更高濃度的激素。
與視覺系統相比，大腦的氣味系統仍然知之甚少，但它似乎有自己獨特的有序聯繫，Ngai說。鼻子包含大約 500 萬個神經細胞，每個神經細胞僅攜帶約 1,000 種不同氣味受體中的一種氣味受體，每種氣味受體都經過調整以檢測不同的化學物質或氣味劑。檢測到相同氣味的鼻神經細胞將它們的軸突發送到嗅球的同一區域，並且似乎檢測到類似化學物質（例如不同的酒精）的神經元將它們的軸突發送到嗅球的附近區域。
科學家們之前發現，我們的兩個嗅球中的每一個都在鼻氣味受體的兩個鏡像表示之間的中間分開。 Ngai 和他的同事發現，IGF 負責在燈泡內設置這些鏡像。
“這種鏡像對稱絕對需要IGF信號，”他說。 “在沒有IGF功能的情況下，你會失去從鼻子感覺軸突到一半球莖的信息。”
來自鼻子的軸突似乎在其生長錐上表達 IGF 受體，這使得生長錐基本上能夠嗅出嗅球中的 IGF 並沿著路徑到達適當的靶細胞。如果沒有在嗅球中產生的 IGF，生長的軸突不會關閉到每個球的外半部，而是只進入最靠近大腦中線的內側。
IGF蛋白的兩種形式，稱為IGF-1和IGF-2，均由嗅球中的細胞表達，由DNA微陣列篩选和其他技術確定。
雖然IGF在嗅覺發育的早期階段顯得至關重要，但當嗅球的基本結構在胎兒中建立時，也許也在出生後，毫無疑問需要其他軸突引導線索來更精細地引導Ngai 說，軸突的生長。他正在繼續研究這些其他線索，並將鼻子的化學受體映射到燈泡的特定區域。 Ngai 和他的同事們也在跟進一些早期的線索，這些線索表明 IGF 可能在發育中的大腦的其他部分起到化學引誘劑的作用。
“我們看到了IGF的新景象，”Ngai說。“在過去三年中，其他人的研究表明 IGF 信號傳導在確定某些神經元的形狀中發揮作用，其他研究表明 IGF 是軸突生長速度所必需的。目前的研究告訴我們，IGF 實際上是被用作化學引誘劑。這是 IGF 在開發中的新角色。"
Ngai 的合著者是前加州大學伯克利分校研究生 Jonathan A. Scolnick 和 Cynthia D. Duggan，中國科學院神經科學研究所的崔凱和袁小冰，以及神經科學研究所的 Shouhong Xuan 和 Argiris Efstratiadis哥倫比亞大學醫學中心遺傳與發育系
這項研究得到了美國國家耳聾和其他交流障礙研究所和美國國立衛生研究院國家癌症研究所、中國自然科學基金的資助，以及貝里基金會的捐贈。
