丁玉强博士再发重要文章解析神经系统发育

　　

生物通综合：来自中科院上海生命科学研究院的丁玉强博士课题组主要从事神经系统发育的分子机制研究，在这一领域获得了许多重要成果，今年一月就在《Development》杂志上发表了神经发育研究组关于发育早期中脑和后脑发育的最新研究成果。

近期其研究小组揭示了在躯体感觉皮层，胼胝体轴突投射到对侧皮层遵循区域和层次特异的投射方式，并且这种投射方式受到神经元活动(神经元电活动和突触传递)的调控。这一研究成果公布在10月17日出版的Journal of Neuroscience杂志上，这项研究由丁玉强领导，博士研究生王春雷和张磊等参与完成，也得到了熊志奇和段树民实验室的协助。

胼胝体是脑内最大的联合系统，由两侧大脑皮层锥体细胞发出的轴突集合而成，负责两侧大脑半球之间的信息交换。一个重要的问题是：从一侧大脑皮层发出的胼胝体纤维是以怎样的方式投射到对侧皮层？这种投射模式是受哪些因素调控的？针对这些问题，中科院上海生命科学研究院丁玉强课题组的研究人员使用子宫内电转方法标记大脑皮层躯体感觉区的锥体细胞，持续稳定表达的GFP 可以将这些神经元发出的轴突显示出来，从中可以观察胼胝体整个发育过程。

当胼胝体轴突到达对侧皮层后，首先投射进入第一体感区(S1)，然后进入S1与第二体感区(S2)的交界处。与S1区相比，S1/S2交界处接受致密的胼胝体纤维投射，从而形成区域特异(region-specific)的投射特征。进入皮层的轴突主要分支中止在皮层的表面的2/3层，形成层次特异(layer-specific)的投射特征。

这种区域和层次特异的投射方式是受神经元电活动(electrical activity)所调控的。他们发现，在胼胝体神经元内过表达内向整流性钾通道(Kir2.1)降低胼胝体神经元的电活动后，胼胝体现纤维的区域和层次特异性投射方式发生明显改变：S1/S2 交界处致密的投射纤维降低，同时本应中止在2/3层的轴突穿过2/3层而终止在最浅表的1层。此外，当转染破伤风毒素轻链(TeNT-LC)阻断轴突末端的突触传递后，胼胝体纤维在S1/S2交界处的投射量下降更为显著，而后包括S1区和S1/S2交界的整个感觉皮层内的胼胝体纤维消失。说明突触传递对于胼胝体纤维的区域定位投射和其后的维持起着至关重要的作用。

这些结果表明，在躯体感觉皮层，胼胝体轴突投射到对侧皮层遵循区域和层次特异的投射方式，并且这种投射方式受到神经元活动(神经元电活动和突触传递)的调控。另外，这项工作还确立了一个研究神经轴突发育的新的在体研究系统。

原文摘要：
The Journal of Neuroscience, October 17, 2007, 27(42):11334-11342; doi:10.1523/JNEUROSCI.3380-07.2007
Activity-Dependent Development of Callosal Projections in the Somatosensory Cortex
『Abstract』

附：
丁玉强
所系名称 神经科学研究所
研究方向 脑干内5羟色胺神经元和脊髓后角发育的分子机制
研究工作 目前主要从事神经系统发育的分子机制研究

中枢神经系统内5羟色胺（5-HT）是一种重要的神经递质，与精神情感和镇痛有密切关系，以往的研究已鉴定出若干影响5-HT发育的基因。如鸡胚的移植实验发现，早期移植脊索可异位诱导出5-HT神经元。后来的研究发现脊索的作用是通过Sonic Hedgehog (Shh)实现的，Shh是在时间和空间上决定腹侧神经管神经元产生的重要分子 ，而5-HT就是在神经管腹侧的产生的。在小鼠, 已知影响5-HT神经元分化成熟的基因为称为GATA3和Pet1两种转录因子, 他们在不同程度上影响5-HT神经元的神经递质的表型。

我们的研究发现一种称为Lmx1b的转录因子在5-HT神经元的分化成熟中起着重要的作用。胚胎发育过程中Lmx1b的表达早于5-HT和Pet1, Lmx1b基因剔除小鼠脑内5-HT和Pet1全部丧失，GATA3表达水平下降, 说明Lmx1b在调控5-HT神经元发育过程中位于GATA3和Pet1的上游, 起着关键的作用。正在进行的研究包括采用组织特异的基因剔除技术，在脑干中缝核内剔除Lmx1b基因, 从而得到没有任何5-HT神经元并能生后存活的小鼠, 用来对5-HT的功能和神经系统发育的作用进行研究。

脊髓是接受躯体多种初级传入信息的第一中枢位点，同时具有明显的板层结构（I-X层），不同的板层接受、整合和传递不同性质的感觉信息。研究脊髓发育的分子机制是神经科学中的一个重要课题。以往此方面的研究多集中在早期脊髓神经管细胞命运决定和背腹模式形成方面。而我们的研究表明这些神经元经迁移分化后分布于脊髓中间带灰质和前角,并不参与脊髓后角的形成。现已知的影响的基因有Lmx1b, Tlx1/Tlx3, Drg11, Lbx1 等。正在进行的研究有通过Microarray技术筛选出脊髓后角特异表达的基因，然后通过基因剔除, RNAi和过度表达等技术来研究这些基因与脊髓后角之间的关系。

获奖情况 军队科技进步二等奖两项（第一完成人一项，第二完成人一项）

个人简介 1983.8-1989.7： 医学学士，临床医学，西安第四军医大学医疗系（六年制）
1991.8-1993.7: 医学硕士，人体解剖学，西安第四军医大学解剖教研室（提前一年毕业）
1994.2-1996.8: 医学论文博士，神经生物学，日本京都大学医学部高级脑形态学教研室
1996.8-1999.7：医学博士，人体解剖学和组织胚胎学，西安第四军医大学解剖教研室
1989.8-1993.7: 助教，西安第四军医大学解剖教研室
1993.8-1999.7: 讲师，西安第四军医大学解剖教研室
1999.8-2002.12: 副教授，西安第四军医大学神经科学研究所
2000.2-2001.2: 博士后，美国北卡罗莱那医学院细胞生物和解剖学系
2001.3-2004.2: 博士后研究助理，美国圣路易市华盛顿大学麻醉系