神經細胞需要大量的能量和氧氣。他們通過血液接受這兩種物質。這就是為什么神經組織通常被大量的血管交叉。但是，是什么防止神經元和血管細胞在生長過程中相互阻礙呢?海德堡大學和波恩大學的研究人員與國際合作伙伴一道，確定了一種解決這一問題的機制。研究結果已發表在該雜志上神經元．

神經細胞極度饑餓。我們通過食物攝入的熱量中約有五分之一進入了大腦。這是因為產生電壓脈沖(動作電位)并在神經元之間傳遞它們是非常耗能的。因此，神經組織通常被許多血管交叉。它們保證了營養和氧氣的供應。

在胚胎發育期間，大量的血管在大腦和脊髓中發芽，也在眼睛的視網膜中發芽。此外，大量的神經元在那里形成，它們彼此相連，并與肌肉和器官等結構相連。這兩個過程必須互相體諒，以免妨礙對方。“我們已經確定了一種確保這一點的新機制，”卡門·魯伊斯·德Almodóvar教授解釋說，她是波恩大學卓越免疫感覺集群和跨學科研究領域生命與健康的成員。

研究人員于2022年初轉移到波恩大學醫院的神經血管細胞生物學研究所。自今年春天以來，她一直擁有一個特別設立的Schlegel教授職位，該大學旨在吸引優秀的研究人員到波恩。然而，大部分研究仍然在她的老工作地點完成，曼海姆醫學院的歐洲血管科學中心，這是海德堡大學的一部分。這項工作隨后在波恩大學完成。在她的研究中，她和國際合作伙伴仔細觀察了小鼠脊髓中血管的形成。

脊柱停止生長

她說:“動物在受精后大約8.5天開始在脊髓中出現血管。”“然而，在第10.5天和12.5天之間，血管不會向所有方向生長。盡管在這段時間內，它們的環境中存在大量促進生長的分子。相反，在這段時間里，大量的神經細胞——運動神經元——從它們在脊髓中的起源位置遷移到它們的最終位置。在那里，它們形成一種叫做軸突的延伸，從脊柱延伸到各種目標肌肉。”

這意味著，當血管不向它們生長時，運動神經元會自我組織和生長。只有在那之后，血管才開始再次發芽。“整件事就像一個精心編排的舞蹈，”José里卡多·維埃拉解釋道。Ruiz de Almodóvar研究小組的博士生在這項研究中做了大部分工作。“在這個過程中，雙方都小心翼翼地不妨礙對方。”

但是這種舞蹈是如何協調的呢?顯然，通過運動神經元向血管細胞發出“停，現在輪到我了”的信息。為了做到這一點，它們使用一種釋放到環境中的蛋白質——信號素3C (Sema3C)。它擴散到血管細胞，并在那里停靠在一個叫做PlexinD1的受體上——從某種意義上說，這就是分子信息要傳遞給的耳朵。

耳聾的血管細胞不受控制地生長

“當我們停止小鼠神經元中Sema3C的產生時，這些神經元所在的區域會過早形成血管，”Ruiz de Almodóvar教授解釋道。“這阻礙了神經元軸突的正常發育——血管阻止了它們這樣做。”當研究人員通過實驗停止血管細胞中PlexinD1的形成時，他們獲得了類似的效果:由于這些細胞現在對神經元發出的Sema3C信號充耳不聞，它們并沒有停止生長，而是繼續發芽。

結果證明了在胚胎發育過程中這兩個過程協調運作的重要性。這些發現也有助于更好地了解某些疾病，例如由強大和不受控制的血管生長引起的視網膜缺陷。從長遠來看，使用新發現的機制也可能有助于再生受損的大腦區域，例如脊髓損傷后。