我们都知道食物对大脑和身体的健康发展至关重要，特别是在生命的早期阶段。但对于营养对大脑早期生长的影响究竟有多大还没有完全了解，特别是在细胞水平上。
造成这种缺乏理解的一个原因很简单，就是在动物出生之前很难对其进行研究。但在一项涉及蝌蚪的研究中，它们完全在母亲子宫外发育，斯克里普斯研究所的科学家们能够发现关于脑细胞如何对营养缺乏做出反应并从中恢复的新发现。
“有了蝌蚪，我们就可以看到大脑发育的早期阶段，而这些阶段通常是我们无法接近的，”细胞生物学家卡罗琳·麦基翁博士说，她是霍利斯·克莱恩博士神经科学实验室的高级职员科学家，也是这项研究的主要作者。这项研究首次在脊椎动物中向我们展示了神经干细胞营养反应细胞分裂所必需的细胞信号通路。这些发现可能会为启动和停止大脑细胞生长开辟新途径。”
这项发表在《发展》杂志上的研究有多种潜在的应用——包括改善人类的产前护理。麦基翁说，这一发现也将有助于实验室中正在进行的神经干细胞在脑损伤恢复中的作用研究。
通常，在非洲爪蟾蝌蚪和大多数动物身上，被称为“神经祖细胞”的干细胞在发育的早期会大量生长。这些细胞最终发育成神经元，在大脑中控制思想和行为的细胞类型。
在之前的一项研究中，McKeown和Cline发现，当蝌蚪被剥夺食物时，它们的神经祖细胞停止分裂，它们的身体生长减少，但这些动物仍然活着，它们的行为看起来正常。令人惊讶的是，如果蝌蚪能在大约9天内获得食物，大脑中的神经前体细胞又开始分裂，蝌蚪会赶上生长状态，如果食物总是可以得到的话。
引起麦基翁注意的是生死攸关的问题：是什么促使神经前体细胞能够再次分裂？它是怎么工作的？在新的研究中，她和克莱恩确定了这种发育反应的细胞机制。
“我们知道许多这些基本的细胞事件在动物物种之间是保守的，所以哺乳动物物种也有可能对产前营养缺乏有这种恢复能力，”McKeown说。
一旦研究人员发现，在没有食物的情况下，大脑的早期发育可以在一段时间后恢复，他们想了解在细胞水平上发生了什么，以告诉神经祖细胞停止分裂并开始恢复。他们追踪到一种众所周知的信号途径，称为mtor（雷帕霉素的哺乳动物靶点的简称），它是细胞代谢、生长、增殖和存活的中心调节因子。
有趣的是，即使不给蝌蚪提供任何食物，它们的大脑也可以通过激活位于神经前体细胞表面的胰岛素受体而重新进入生长模式，克莱恩说。胰岛素是一种激素，允许细胞利用食物中的糖作为能量，并能激活mtor信号。能够在细胞水平上绕过对食物的需求，可以促进对营养不良的医学治疗。
通过仔细跟踪神经前体细胞随时间的推移，麦基翁还发现，一旦营养信号到达它们，它们就准备分裂。这意味着当细胞处于分裂的边缘时，它们已经停止了进展。这种现象通常出现在压力下的细胞中，而饥饿显然是一种压力。
“研究蝌蚪对环境不确定性的反应能力有助于加深我们对控制大脑发育的保守细胞事件的理解，”麦基翁说。
“关于食物影响脑细胞分裂的观察已经为人所知，但没有人更深入地研究食物是如何产生这种影响的，”哈恩神经科学教授、拉荷拉市神经科学系主任克莱恩补充说。我们设想，这一知识将有助于了解在缺乏母亲营养的情况下可能出现的问题，以及对此类事件作出迅速反应的重要性。”