Neuronal primary cilia are not required for hippocampal circuit function or behavior in adult mice
通过对成年小鼠进行的遗传学和行为学研究，本文证明了从海马神经元中缺失初级纤毛并不会损害神经元的兴奋性、突触可塑性或依赖海马的行为，从而挑战了认为这些结构是成熟大脑回路中必需信号枢纽的流行观点。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在人体几乎每一个细胞中，以及小鼠的大脑中，都存在着一种被称为初级纤毛的微小、毛发状的突起。长期以来，科学家们一直认为这些结构是进化过程中无用的残留物，就像肠道中的阑尾一样。然而，最近的发现表明，在脑部发育早期，这些纤毛充当了关键的指挥中心。它们接收化学信号，告诉生长中的细胞该去往何处以及变成什么。当这些结构在发育中的大脑中未能正确形成时，结果会非常严重，导致畸形和智力障碍。这使得许多研究人员相信，这些微小的天线在成熟的大脑中必须继续发挥至关重要的作用，作为维持成年神经元正常通信和行为的核心枢纽。
悬而未决的问题是，这些结构在脑部完全发育成熟后是否仍然必要。成年神经元是否依赖它们的初级纤毛来发射电信号、学习新事物或记忆过去？为了找出答案，圣犹达儿童研究医院（St. Jude Children's Research Hospital）的一个研究小组决定从成年小鼠的大脑中移除这些结构，并观察会发生什么。他们将注意力集中在海马体上，这是一个位于大脑深处的、形似海马的区域，以其在形成记忆和空间导航方面的作用而闻名。通过使用精确的遗传工具，他们能够删除成年小鼠成熟神经元中构建初级纤毛所需的基因，同时保持身体其他部分和发育中的大脑不受影响。
研究人员使用了两种不同的方法来确保其结果的可靠性。首先，他们培育了一种带有遗传开关的小鼠，这种开关可以在动物成熟时关闭特定脑区制造纤毛的能力。这使他们能够研究那些在整个生命周期中，其海马体神经元都缺乏这些结构的小鼠。其次，为了排除大脑仅仅是通过随时间推移而适应并补偿缺失部分的可能性，他们使用高功率激光，在测试前仅几分钟内，从成年小鼠的单个神经元中手术移除纤毛。他们还使用病毒在另一组成年小鼠中删除了纤毛。在所有情况下，目标都是一致的：观察大脑在失去这些微小天线后是否会停止运作。
他们的发现令人惊讶。尽管成熟神经元中完全缺失了初级纤毛，但大脑的功能依然运转如常。神经元的电活动保持正常。细胞发射信号的力量和时机与健康细胞一样。当研究人员测试这些神经元彼此之间的通信时，连接强度依然如故，且随着时间增强这些连接的能力——这是学习过程中的关键环节——也完全未受影响。神经元既没有变得混乱、迟钝，也没有变得过度活跃。它们的表现就好像纤毛从未存在过一样。
随后，研究人员从显微镜转向现实世界，以观察小鼠是否仍能学习和记忆。他们将小鼠置于一系列旨在测量记忆和行为的测试中。在一项测试中，小鼠需要学会将特定的声音或特定的房间与轻微且无害的电击联系起来。在另一项测试中，它们必须记住水池中隐藏平台的具体位置。他们还测试了小鼠的焦虑感、社交互动和运动技能。在每一个案例中，没有纤毛的小鼠表现得与有纤毛的小鼠一样出色。它们能快速学会任务，并在几天后依然记得，且没有表现出焦虑或社交退缩的迹象。它们感知并与世界互动的能力与正常小鼠无异。
这些结果挑战了神经科学领域一个长期存在的假设。虽然显而易见，初级纤毛对于构建大脑是不可或缺的，但这项研究表明，一旦大脑构建完成，它们对于维持大脑运转并非必需。研究结果表明，在成年海马体中，这些结构并不是许多科学家所认为的那种主要的信号枢纽。大脑似乎拥有其他管理学习和记忆过程中复杂化学反应的方式，而不依赖于这些微小的突起。这并不意味着纤毛在成年大脑中是无用的；它们在压力、疾病或衰老时期可能仍发挥作用。然而，在正常、健康的情况下，成年大脑可以完全脱离它们而完美运行，这表明大脑运作的规则在童年期到成年期之间发生了显著变化。
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