知識分子：作者 楊振綱
成年人大腦內是否還有新生神經元？長期以來，這個問題都備受爭議。援引最新的研究成果，復旦大學腦科學研究院研究員楊振綱指出，成年人腦內不再有新生神經元。他還分享了自己從事生命科學研究的一些經驗與心得。
當我們長大成人後，成年大腦內到底還有沒有新生神經元？這是一個非常重要的問題，也有著巨大的爭議。2021年最新的實驗證據給我們提供了一個比較清晰的答案：即成年人腦海馬腦區內並沒有新生神經元。接下來，我簡要介紹一下這一問題的來龍去脈。
研究背景
成年人腦還會不斷地產生新的神經元嗎？這個問題，對於大多數從事腦科學研究的工作者來說，一般都認為，成年人腦內不會再有新的神經元產生。這是基於一個簡單的邏輯，即，如果我們成年大腦內可以不斷地產生或者替換新的神經元（這一過程，通常叫做成體神經發生），就像我們的血液系統一樣，不斷地更新換代（紅細胞壽命120天，白細胞壽命不到2周，血小板壽命10天），那麼，基於儲存我們記憶的神經環路將不復存在或者將非常不穩定，人類也不會有燦爛的文明。
然而，在1998年，發表在《自然醫學》雜誌（Nature Medicine）的一篇文章（Eriksson et al., 1998）顯示，在成年人腦的特定腦區，比如海馬腦區和嗅球，類似於成年小鼠，可以不斷地產生新的神經元。作者先後檢查了那些去世後自願捐獻遺體的大腦，在5位不同年齡人（57歲、58歲、67歲、68歲和72歲）的海馬齒狀回，都發現了有新生神經元的“跡象”。
這篇文章帶來了巨大的轟動，自發表以來，已經被引用8000多次。其中的原因之一，是近30年來，神經幹細胞一直是腦科學研究的一個熱點，與神經幹細胞有關聯的研究都很活躍；二是成年人腦中有新生神經元，這是一個全新的概念，足以顛覆傳統觀念。以前的觀念認為，我們人類出生後，腦內的神經元將伴隨我們走過一生，不可更改和替換。轟動的原因之三，就是海馬本身是參與學習記憶的關鍵腦區，那麼，這些海馬新生神經元是不是參與了成人的學習和記憶、情緒調控、以及腦損傷後是否可以神經再生等，這些可能的功能，讓從事腦科學研究的工作者浮想聯翩。
然而，《自然醫學》雜誌這篇文章發表以後，也引起了一些人的思考和懷疑，畢竟文章當時只是看到了可能的“新生的成熟神經元”（BrdU/NeuN雙陽性細胞），但是並沒有看到剛剛新生的不成熟的神經元。因此，這個文章所提供的證據，缺了一個環節，因為從神經幹細胞到神經前體細胞，再到不成熟的新生神經元和成熟的神經元，是一個完整的證據鏈條，缺一不可。
成人大腦內還會產生新的神經元嗎？
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新證據的解讀
在《自然醫學》雜誌的文章發表20年後，2018年3月，《自然》雜誌發表了一篇與之結論相反的文章（Sorrells et al., 2018），該文章顯示，神經發生存在於成年獼猴海馬內，並且隨著年齡的增加而下降，在23歲的獼猴海馬腦區，新生的真正成熟的神經元已經非常少了。
隨後，作者研究了不同年齡段的人腦海馬組織（從14周大小的胎兒，到77歲的人腦組織，一共37個標本），結果發現，在新生兒的海馬腦區存在大量的新生神經元，但是隨後新生神經元的數量急劇減少，在1歲左右，海馬腦區只有少量的新生神經元，到13歲左右，新生神經元的數量就極少了，到35歲左右，一般就很難檢測到新生神經元了（DCX和PSA-NCAM雙陽性細胞）。作者透過一系列的分析研究，得出結論，成年人腦內幾乎沒有新生神經元（或者幾乎很難檢測到）。
當然，實事求是地說，儘管這篇文章已經盡了最大努力，做了比較全面的分析，但是，也有其一定的缺陷性：文章所使用的新生神經元的標誌物有限，基本上是靠免疫組織化學染色和電鏡。儘管如此，這篇《自然》雜誌的文章發表後同樣是引起了巨大的轟動，文章發表4年來被引用近1000次，但是也引起了不少爭議，領域內還是沒有形成一個完全的共識。
圖1 本圖上排顯示一個7歲獼猴海馬齒狀回的腦切片（低倍）；下排顯示獼猴腦內海馬齒狀回的新生神經元（高倍放大）。這些新生神經元都同時表達DCX（綠色）和PSA-NCAM（紅色）蛋白。這是判斷成年腦內是否有新生神經元的一個非常關鍵的指標。這種細胞，在成年人腦內沒有找到（早前發表的染色結果，許多同行認為不準確）。
2021年，《神經元》雜誌（Neuron），先後發表了兩篇成年海馬腦區的單細胞核RNA測序（snRNA-Seq）的文章。第一篇文章（Ayhan et al., 2021）利用癲癇患者手術後切除的海馬組織，對來自24歲到60歲患者的13萬個單細胞進行了測序，沒有發現真正意義上的新生神經元。第二篇文章（Franjic et al., 2021）對來自48歲到79歲的人腦海馬組織的22萬個單細胞進行了測序，同樣沒有發現新生神經元的蹤跡。
由於scRNA-Seq（或者snRNA-Seq）是一個強有力的工具，往往可以在單個細胞內同時檢測到1000-4000個基因。所以，在單細胞組學的資料中，沒有發現新生神經元，是具有很強說服力的。本來以為，成年人腦內沒有新生神經元這個結論，在2021年基本上已經明確了，可是，就目前根據同行的反饋來看，這個問題仍然沒有達成共識。同理，雜誌的編輯對持不同觀點的雙方，一般都會給他們一個平等的機會，讓他們各自不斷地發表出來他們的研究論文。
那麼，成年人腦是否還有新生神經元呢？筆者根據這些新的資料，也有一個新的解讀。那就是，現已證明，成年小鼠海馬腦區的神經幹細胞就是那一群胚胎期小鼠海馬腦區的神經幹細胞，他們所產生的新生神經元具有很強的共同特徵。因此，小鼠成體神經發生的過程，從神經幹細胞到神經前體細胞，再到不成熟的新生神經元和成熟的神經元，是一個完整的鏈條。這個現象，對於人類胎兒（和新生兒）海馬腦區以及新生獼猴（和幼年獼猴）都是一樣的。唯獨在成年人腦海馬腦區內，從接近35萬個細胞中，找不到這一群具有胚胎或幼年新生神經元分子特徵的細胞。這在很大程度上說明，成年人腦內沒有新生神經元。我們有理由相信，隨著越來越多的scRNA-Seq的資料出現（超百萬個單細胞的測序），成年人腦內到底有沒有新生神經元這個問題，或許將很快得到一個徹底的解決。
- Alexey Kashpersky -
研究結論的意義
筆者認為，所謂的成體神經發生可能就是一個令人誤解的概念。真正的概念是，成體神經發生就是一些腦區在出生後的繼續發育。因此，成體神經發生可以叫做出生後繼續發育（postnatal development）。比如小腦的顆粒細胞是這樣，出生後繼續發育，但是很快就發育結束了。海馬齒狀回出生後發育時間稍微長一點，高峰期不過2-6個月，絕大多數哺乳類在出生後1年左右，基本全部結束。嗅球出生後發育時間相對更長一點，但是，成年人腦的嗅球內，那些新生的、真正意義上有功能的神經元，幾乎沒有。
所謂哺乳動物的成體神經發生，不是成年才開始有的，也不是後天習得的，而是一個出生後不斷減少的過程。這種現象與神經發育一脈相承，中間從來沒有間斷。相反，比如幼兒學習語言，學會走路，學會邏輯思維等，都是後天習得的。成體神經發生更像胎兒發育、幼兒生長，從胚胎期到青少年再到成年，生長越來越慢，最後停止。還是那句話，成體神經發生，歸根到底就是出生後的繼續發育，既然是發育，就沒有不停止的道理。萬物，皆有始，亦有終。
由於現代實驗室往往需要花費大力氣去申請經費，這與實驗室的生存密切相關，所以那些從事成體神經發生的科研工作者，即便他們很可能已經理解，而且自己也相信，成人海馬腦區沒有新生神經元，這項研究實際上也沒有什麼重要意義了，但是他們為了經費和生存，選擇了沉默。當然，這其中已有很多人現在乾脆不做成體神經發生了。
所以，面對成年人腦內是否有新生神經元這樣的課題，全世界實際上不再需要投入大規模的研究經費。如果這個時候還有人堅持不惜投入巨資和人力物力，繼續去研究這個課題，甚至研究成年人腦新生神經元和學習記憶的關係，與情緒情感障礙的關係，或者與神經修復和再生的關係，那麼，請首先仔仔細細地閱讀文獻、認認真真地分析現有的資料並花大力氣去思考，然後再決定是否開始行動。
退一萬步講，即便偶爾在成年人腦內，發現了極少數的新生神經元，這相對於人腦內860億個神經元來說，這些新生神經元的功能也可能是微乎其微的。另外，神經環路的穩定性對於其功能至關重要，這不同於劃破面板以後的再生、外傷以後骨折的癒合、或者血液細胞的自我更替等。
- Vova Brown -
一些感悟
在這裡，我利用這個機會，給從事生命科學研究的同行們，尤其是年輕人，重點說說我自己工作多年來的一些體會、建議和感想，因為每一個人在探索未知世界的過程中，總會走一些彎路，有一些教訓，當然，成功的經驗也是有的。
弄清楚幹細胞生物學和發育生物學的關係
幹細胞生物學，包括幹細胞研究，細胞轉分化、逆分化，組織再生，類器官（organoid）神經發生研究等等，都屬於幹細胞研究的範疇，本質上都是發育生物學的分野。因此，做幹細胞研究，一定不可以離開發育生物學及其基本科學規律。否則，幹細胞的研究可能就是無源之水、無本之木，就是空中樓閣、海市蜃樓。
以海馬神經發生為例，小鼠海馬齒狀回的神經幹細胞來源問題，現在已經很清楚了。現已闡明，這些神經幹細胞不是在成年小鼠海馬腦區內突然出現的，不是天上掉餡餅。相反，他們與齒狀回發育期的那一群神經幹細胞具有共同的胚胎起源，完全一脈相承，遵循相同的發育規律。
另外，幹細胞的研究在體外做出的結果，最好在體內重複一下。在體研究所得出的結論，往往比在體外得出的結論更加可信。
弄明白乾實驗和溼實驗的關係
幹實驗和溼實驗的關係，就是毛和皮的關係。皮之不存，毛將焉附。
做生物資訊學（幹實驗）的人，絕對不可以離開做溼實驗（每天都是瓶瓶罐罐和試劑，基本上是溼的東西）的同行的合作。不建議一味的為測序而測序，為發文章而發文章。做生信的人，最好本身就是做溼實驗的出身，至少需要是一個博士水平。幹實驗和溼實驗兩者合作的基本正規化是，重要的科學問題，首先由做溼實驗的人提出來，再由做幹實驗的人去提供資料，然後一起分析，最好再做一些紮實的溼實驗去驗證。否則，單純的幹實驗資料分析可能會非常不準確。
重視單個分子（基因或蛋白質）的生物學和系統（機體）生物學的關係
還是以神經發生為例子，在海馬腦區，同樣的一個訊號分子，可以在不同時間，不同地點（海馬本部和齒狀回），被反覆使用多次，甚至發揮不同的作用。而在發育過程中，同一個地方的神經幹細胞從來都是同時面對著各種各樣的訊號分子，然後在特定的時間，對自己的增殖分化等命運做出一個相應的選擇（抉擇）。
比如Wnt訊號通路，對海馬早期發育是非常重要的，但是在成年小鼠的海馬內，β-catenin介導的Wnt訊號對神經幹細胞就不重要了。敲除Wnt訊號通路中的β-catenin，對成體神經幹細胞基本上沒什麼影響，因為這個時期，其它訊號通路佔據了主導地位。但是值得注意的是，小鼠成體神經幹細胞仍然對非生理狀態下外來的高濃度的Wnt分子做出響應，這是胚胎髮育期留下的印記，這個響應，同樣遵循海馬發育期的基本規律。
總之，從孟德爾的遺傳學定律，達爾文的進化論，到沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）的DNA雙螺旋結構模型都已經強有力地證明，生命科學，和其它自然科學一樣，具有很強的邏輯性和規律。當然，這也是我們同行的共識。
所以，生命科學研究絕對不可以“集郵”。一個人早期的研究成果或許看上去類似“集郵”，做了一點表面上零零碎碎的研究，但是，考慮問題從整體角度出發不能變，自己心中的長遠目標不能變。
- Tania Yakunova -
牢記科學傳承和科學創新的關係
科學研究首先是科學知識的學習、積累和繼承。當代年輕的科研工作者，都已經不再因循守舊，墨守成規，不再對於那些有人才大帽子的人盲目崇拜。相反，他們都有很開放的思想，和接納新生事物的頭腦，也有著在某一領域打算推翻傳統觀念的強烈願望。但是，要實現這個目標是非常不易的。科學知識的累計不是一朝一夕可以達到的。尤其是當代生物學，發表文章如此之多，令人眼花繚亂，每個年輕人都需要在浩瀚的文獻中大浪淘沙，從各種資料中去偽存真（比如人腦新生神經元這一命題）。要達到這個水平，對大家平常的訓練，那是要求非常高的！所以，首先要站在巨人的肩膀上（知識積累）。德才兼備，方可創新。
一顆雄心，兩個準備
年輕人從事和熱愛生命科學研究，就要準備好有跑馬拉松的決心，“板凳要坐十年冷”。同時，如有機遇，還要隨時做好百米衝刺的準備。
與其它領域相比（比如體育，音樂，金融方面等），在生命科學研究領域，像沃森（James Watson）發現DNA雙螺旋結構模型那樣，一戰封神，年少成名，是非常罕見的（沃森25歲發現DNA雙螺旋結構，34歲獲得諾貝爾獎，但是，實際上，DNA雙螺旋結構的發現也是經歷了累積、創新和衝刺的過程）。相反，像孟德爾那樣，索性死了30多年之後，自己發現的偉大的遺傳學定律，這個閃爍著人類智慧光芒的科學發現，才得到國際廣泛認可，這種情況也是不少有的。
生命科學的研究貴在堅持，而不可半途而廢。打一槍換一個地方，什麼熱門做什麼，經常更換研究方向是不可取的。同樣，如果你十年如一日，持之以恆，久久為功做一件事，那麼取得成功也不是那麼難的。
那麼，對於我們有雄心壯志的年輕的科研工作者來說，這就必須要求自己從科學研究開始的第一天，就要瞄準領域內最重要的問題，做高水平的自由研究。要敢於面對最重要的課題，堅決不做那些可有可無的研究，不單純追求論文數量的發表。在追求解決重要課題的過程中，練就一身真本領。這樣，你可以時刻聽候國家的召喚，有能力組成強有力的團隊進行集體攻關（圍繞當今世界的重要科學難題和國家戰略需求，開展團隊合作、協同攻關），甚至有時候要求必須百米衝刺（比如新冠疫情、疫苗的研究）。
最後，我引用一段名言作為本文的結尾，這段名言出自前蘇聯名著《鋼鐵是怎樣煉成的》。“一個人的生命應當是這樣度過的：當他回首往事時，不因虛度年華而悔恨，也不因碌碌無為而羞恥。這樣，他在臨死的時候就能夠說：‘我整個的生命和全部精力，都已經獻給世界上最壯麗的事業——為人類的解放而作的鬥爭。’”我想，這段話一定會對當代年輕的科研工作者產生積極影響，鼓舞著他們去做大事情，去發現重要的科學規律，去發明新的科學技術，從而為人類文明發展進步做出新的更大貢獻！這是一個有家國情懷的科研工作者義不容辭的使命，比如你，還有我。
參考文獻
Ayhan, F., Kulkarni, A., Berto, S., Sivaprakasam, K., Douglas, C., Lega, B.C., and Konopka, G. (2021). Resolving cellular and molecular diversity along the hippocampal anterior-to-posterior axis in humans. Neuron 109, 2091-2105 e2096.
Eriksson, P.S., Perfilieva, E., Bjork-Eriksson, T., Alborn, A.M., Nordborg, C., Peterson, D.A., and Gage, F.H. (1998). Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat Med 4, 1313-1317.
Franjic, D., Skarica, M., Ma, S., Arellano, J.I., Tebbenkamp, A.T.N., Choi, J., Xu, C., Li, Q., Morozov, Y.M., Andrijevic, D., et al. (2021). Transcriptomic taxonomy and neurogenic trajectories of adult human, macaque, and pig hippocampal and entorhinal cells. Neuron.
Sorrells, S.F., Paredes, M.F., Cebrian-Silla, A., Sandoval, K., Qi, D., Kelley, K.W., James, D., Mayer, S., Chang, J., Auguste, K.I., et al. (2018). Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults. Nature 555, 377-381.
撰文：楊振綱 | 封面：Nydia Lilian
製版編輯：盧卡斯 | 排版：光影
原文轉載自公眾號“知識分子”：
https://mp.weixin.qq.com/s/tvrGuusgAgoBqIIufv9kPA
