作者:刘佳佳,杜珊妮,田瑞颖 来源:科学网微信公众号 发布时间:2024/4/20 20:31:05
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实验推倒重来、经费差点中断!她倾注6年的研究首投即中

 

文 | 刘佳佳 杜珊妮 田瑞颖

培养了好几代才养出的转基因小鼠,因感染寄生虫全军覆灭。眼前的这一幕,让干了十多年科研的李慧泉心头一震。更可怕的,不仅是整个实验要推倒重来,还有亮起红灯的科研经费。
尽管遭遇了诸多磨难,4年后,他们还是将这项关于创伤后应激障碍(PTSD)泛化恐惧的研究成果发表在了Science上,成功揭示了大脑在没有威胁的情况下产生恐惧感的压力诱发机制。
图片论文截图。图片来源:Science
美国加州大学圣迭戈分校(UCSD)助理项目科学家、美国生物制药公司Neurocrine Biosciences研究员李慧泉是该研究的第一作者兼通讯作者。她曾经的博士后导师、已年过八旬的美国科学院院士Nicholas C. Spitzer是共同通讯作者。

从抑郁症到PTSD

虽然这是关于PTSD的研究,但李慧泉向《中国科学报》提到研究源起时,却从抑郁症开始说起。
根据世卫组织公布的最新数据显示,全球患抑郁症的人数约有3.5亿。李慧泉团队希望自己的研究可以帮助到抑郁症患者的治疗。
就这样,2017年,李慧泉团队正式开启了研究。但一次晚饭的闲聊,却让研究拐了一个大弯。
  图片李慧泉。
李慧泉在外出吃饭时遇到了同事,于是自然地聊起了双方正在做的研究。巧合的是,同事在做的研究竟与自己的研究“撞了车”。
为了不浪费研究资源,李慧泉在团队讨论之后,便将研究目标人群从处于长期轻微压力的抑郁症患者,转向短期遭受过重创的PTSD患者。
李慧泉并不认为转换方向是件坏事。PTSD与抑郁症同属于精神疾病,都是她想要研究的对象。随着研究的深入,她们也更加发现PTSD的研究价值。
PTSD是受到重大创伤后的人患上的精神疾病。他们不仅会对相似的创伤产生条件反射式的恐惧,还会在其他环境下产生泛化的恐惧。换句话说,就是他们在任何时间、任何地点,都会无条件产生恐惧。
人们平时了解到的PTSD症状,都指的是第一种恐惧。但鲜为人知的是,这两种恐惧会在PTSD患者身上同时出现,而泛化的恐惧,才是该病症的可怕之处,也是PTSD的核心。
“前一种恐惧,PTSD患者可以自己主动避免刺激源,但是后一种泛化的恐惧,无所遁形。我接触过他们,感受非常深,如果能找到解决办法,帮助他们对抗这种极致的恐惧,这会非常有意义。”李慧泉告诉《中国科学报》。
于是,她们对实验小鼠施加电击,进而诱导出类似于PTSD的恐惧泛化。在泛化恐惧产生的同时,她们则观察哪个脑区中的神经递质发生了变化,而神经递质的变化过程就是要寻找的PTSD症状产生的机制。
实验过程中,脑干区的背侧中缝核引起了李慧泉的注意,它释放的神经递质从兴奋型的谷氨酸竟转变为了抑制型的GABA。那么,如果阻止背侧中缝核的这些神经元发生神经递质的转变,是否可以阻止恐惧泛化?
根据这一设想,她们以腺相关病毒(AAV)为载体,特异性地让这些神经元中一种生产GABA合成酶的基因失效。在小鼠经历急性应激之前,她们先将试剂注射到小鼠脑干的背侧中缝,抑制GABA合成。 
“我们发现,小鼠泛化的恐惧完全被遏制了,到新环境一点都不害怕了。”这让李慧泉感到惊喜。
在她看来,用腺相关病毒阻止神经递质的转变有很多优点。一方面,它在实验中很常用,便于操作。而且,腺相关病毒造成人类疾病的概率较低,不会重组到人的基因组里面,相对其他病毒载体而言更为安全。
图片研究过程图解。
进一步研究,她们又发现当小鼠受到电击达到泛化的恐惧状态时,小鼠的皮质酮分泌和糖皮质激素受体被激活,导致了背侧中缝核释放的神经递质转变,由此证明了泛化恐惧产生的神经环路的上下游机制。
这对于PTSD的研究来说是一个全新的发现,但李慧泉的研究并没有就此停止。

“上瘾”的研究

为了在人脑中证实这个全新的机制发现,李慧泉又迎来了新的挑战。
由于用于研究的人脑,尤其是PTSD患者的大脑不易获得。李慧泉便根据已有的发现撰写了申请书发送给了美国国立卫生研究院(NIH)评估,并寻求人脑资源的支持。2020年,她们得到了第一批组织——一小块脑组织。
鼠脑和人脑有很大区别。为此。她们花了半年时间重新优化实验方法。经过反复实验和调整,她们最终在人脑上验证了研究方法的合理性。于是,她们又写了一篇论文提交给NIH。半年后,6个PTSD患者去世后捐献的大脑组织和6个对照组人脑,寄到了实验室。
虽然过了新冠疫情最紧张的时期,她们能返回实验室开展工作,但每次只能进一个人,这使得实验时间变得尤其珍贵。
李慧泉至今仍清楚地记得,在诺大的实验室,空荡的走廊里,她只身一人,一边切着人脑组织,一边祈祷着实验能够成功。
不出所望,与没有PTSD的对照组相比,PTSD患者相应脑区的同类神经元也有类似的神经递质转变。
研究清楚PTSD患者患病的机制后,李慧泉又开始琢磨,目前的临床药物能否阻止这个神经的转变,进而阻止泛化恐惧的产生?
神经系统与其他系统不同,存在一个血脑屏障,它将大脑和血液完全区隔开了,药物不容易进入,需要很特异的药物才能对神经系统有效,所以神经科学领域的有效药物并不多见,发展也很缓慢。
“我们经过研究和尝试发现,给小鼠吃氟西汀可以阻止神经递质的变化,防止恐惧泛化的产生。”李慧泉说。
但是该药物的效果,存在“黄金窗口期”。在老鼠受到电击之后立刻吃氟西汀,可以阻止恐惧泛化的产生,但是过两个星期之后再吃就没有用了。这也就解释了,为什么临床使用氟西汀对重症和长期PTSD患者来说并没有用。
“这也是我们研究很重要的临床意义。目前这些治疗PTSD的药物,需要在黄金窗口期使用,越早治疗越好。”李慧泉说,
2023年7月,李慧泉将这项做了6年的研究成果投给了Science。10月底,审稿意见返回,她们在进行回复后,论文便进入发表状态,“Science的编辑团队对我们的研究非常看好,也希望这些结果快点发表。”
回想起一路的不易,李慧泉却说做研究,让自己有一种自己停不下来的“上瘾”感。
“每当我看到实验结果时,大脑会释放多巴胺,不停地固化这个环路。即使实验结果与预期不符,但是当我想到解释原因时,仍感到非常有成就感。”
“没办法,我对做科研太上瘾了,开始了一个课题就停不下来,必须做完为止。”李慧泉说。

兴趣式科研

“兴趣式科研”,持续贯穿了李慧泉的科研生涯。
李慧泉本科就读于浙江大学生物技术专业。一次陪朋友参观访问中国科学院神经科学研究所,让她燃起了对神经科学的兴趣。毕业后,她前往中国科学院院士、中国科学院神经科学研究所研究员段树民课题组攻读博士。
在李慧泉眼中,谦虚且客观的段树民院士身上,总是对科研有一种松弛感,这种松弛感正是对科研的纯粹,“当你对一个东西很感兴趣、纯粹地喜欢且无功利心,才能产生这种松弛感。能够做段老师的学生,是我的极大幸运。”
博士阶段,李慧泉研究的是小胶质细胞,而她的课题几乎都来源于科研过程中的意外发现和持续探索。
“段老师很鼓励这种以意外发现为起点的科研。学生通过发现新的现象并设定假说,然后设计实验去验证假说,慢慢地去探索,整个过程非常美妙。”李慧泉说。
2014年,李慧泉前往美国加州大学圣迭戈分校做博士后,继续神经科学的研究。Nicholas C. Spitzer就是她的博士后导师。
虽然Nicholas已年过80,但是依然保持着对科学研究坚定不移的热情,而李慧泉始终从这位精力充沛的科学家身上获得满满的动力和支持。
李慧泉至今仍记得,有一次她要为独立主持的一场会议报告准备申请材料,次日就要交稿,时间紧迫。周六晚上11点,她向Nicholas发了一封邮件,问他如果有空能否帮忙审阅申请材料。仅仅几分钟,Nicholas就回复称马上看,并在之后很快给出很多有益的建议。
“对于新一代力量的培养就是一种传承。我的两位导师都对学生非常支持,很喜欢看到别人成长。我也希望将这种精神传承下去。”李慧泉说。在这篇论文的共同作者中,就有三位当时曾是李慧泉在加州大学指导的本科生和研究生,如今都已毕业。提起他们的成长和成就,李慧泉非常骄傲。
值得一提的是,这篇论文的作者陈聪是李慧泉的丈夫,也是她“背后的男人”。陈聪是李慧泉本科兼博士同学,目前在美国加州大学圣迭戈分校一个有名的神经科学家Don Cleveland实验室做渐冻人研究,这篇研究中的AAV载体就得益于陈聪的帮助。
当被问及给年轻科研工作者有什么建议时,李慧泉感慨道:“如果要给当初二十岁的自己提个建议,我会告诉她不要急着去证明你是谁,多去学习,多沉淀,多体验。”
如今,李慧泉的主职工作虽然是美国生物制药公司Neurocrine Biosciences的研究员,但是UCSD也为其保留了访问学者的身份,她依然可以随时进出实验室进行科研工作。无论身处何地,她的科研方向和目的始终如一:专注于神经系统的药物开发和临床应用的研究。

相关论文信息:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj5996

*文中图片除标注外,均为受访者提供
 
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