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探索大脑奥秘向前迈出重要一步

来源:互联网 时间:2019-04-05

  本报讯(记者孙国根)复旦大学神经生物学研究所禹永春副教授领衔的课题组与美国纽约斯隆凯特琳癌症研究中心时松海课题组经3年多合作研究,在脑神经环路发育研究方面取得重要进展,首次发现脑神经元间由电突触介导的信息交流在大脑皮层神经环路发育中有重要作用。该研究不仅为科学家深入揭示大脑皮层神经网络形成之谜提供了重要启示,也为脑神经环路发育异常相关疾病(如小儿癫痫、自闭症、智力发育迟滞等)的诊断和治疗提供了新思路和新靶点。该成果预定5月3日在线发表在世界顶级科技学术期刊《自然》杂志上。

  大脑神经元之间相接触的部位——突触,是信息传递的关键部位。科学家把大脑中突触前细胞通过释放特殊化学物质将信息转送到突触后细胞,称为化学突触;把借助于电信号传递信息,称为电突触。研究表明,在哺乳动物大脑皮层发育早期兴奋性神经元之间存在着大量的电突触,然而,随着大脑皮层不断发育,神经元间电突触联系逐渐消失,取而代之的是化学性突触。到目前为止,人们对电突触在脑皮层神经环路发育中发挥的作用知之甚少。

  禹永春是该论文第一作者。他和同伴通过在体胚胎小鼠脑室微量注射逆转录病毒,首先标记出脑皮层上具有高亲缘性的同克隆群姐妹神经元。研究中,他们发现了一个有趣的现象:在发育早期神经环路记录中,高亲缘性姐妹神经元间较非姐妹神经元有着更紧密的电突触联系,并随着发育姐妹神经元间电突触联系逐渐减少,进而化学性突触逐步取而代之。那么,姐妹神经元早期表达的电突触有什么作用呢?

  禹永春等进一步研究发现,电突触联系在姐妹神经元间同步化放电中有关键的作用,即在接收到相同神经信号的条件下,姐妹神经元间更容易诱发同步化动作电位反应。因此可以认定,神经元间电突触的信息交流为进化到化学性突触联系提供了重要的准备。当禹永春等利用分子生物学的方法选择性地关闭姐妹神经元电突触通道,令人吃惊奇的一幕发生了:通道关闭后,姐妹神经元之间的化学突触联系显著下降,但是非姐妹神经元之间的化学突触联系没有受到影响。

  上述研究结果表明,大脑皮层神经环路发育是有一定规律的,即神经元亲缘性越高,越容易形成神经突触联系,而神经元亲缘性是由电突触联系在一起的。该研究首次揭示,在大脑皮层发育过程中,如果没有电突触,就不会形成化学突触。电突触引发的脑神经环路障碍参与了导致癫痫、自闭症等中枢神经系统发育异常疾病的发生,该成果破解了脑皮层环路发育过程中神经元间相互交流的“秘密语言”,为人类深入探索大脑的奥秘向前迈出重要一步。