Science：化学信使是神经突触沟通的基础

　　

 

 

箭头显示刺激单个的神经突触，能激发局部的Ras酶的活性。在接下来的几分钟内，激活的Ras从一个激活的棘突传递至相邻的棘突。最高活性的Ras显示为红色。

 

 

脑内的每个神经元都与它周围上千个的“邻居”进行交流。这种持续的“喋喋不休”的交流不仅需要神经元间的技术支持，还需要每个神经元细胞不同位点的协调支持。研究者们近期使用最尖端最新的成像技术找到一种化学信使，化学信使帮助神经元完成交流任务的，并调整神经元对即将收到的信号的敏感性以此来推进学习过程或记忆过程。

 

该研究小组的领导者是Karel Svoboda，来自Janelia农业研究学校的霍华德休斯医学研究中心，他和他的同事Christopher Harvey、Ryohei Yasuda和 Haining Zhong将他们的研究成果发表在6月13号的《Science》上。杜克大学的Harvey 和Yasuda是该文章lead author。

 

哺乳动物大部分的认知功能，从认知功能到记忆功能，都是在脑皮层中执行的，脑皮层含有大量的神经元组成的网络结构。神经元细胞由突触连接构成回路，两神经元的信息通过突触进行传递。

 

Svoboda的研究小组对以下内容进行研究，神经元的突触和回路在人类认知世界的过程中是如何起作用的，作用机制是怎样的。神经回路具有很高的可塑性，这些神经网络如何应对外界的反应？研究结果给出的答案将深刻的影响我们对脑部功能和脑部疾病的认识。

 

突触从树突的细小芽枝上迅速生长形成的棘突样为基础生长起来，这些神经元的分支接收着正在传送的信号。每个突触接收来自邻近神经元细胞的化学信号（神经递质的信号）。

 

突触重复的被激发传送神经冲动，这些连接间的神经冲动的强度能改变“长时程增强”（long-term potentiation，LTP）的过程。学习过程中LTP能使脑部变更传递回路。

 

去年，Harvey 和Svoboda发现，某一突触经历一次 “长时程增强（LTP）”过程后，将使周围的神经突触产生LTP的刺激强度致弱。他们的研究结果展示，必须有一种信使从一个神经元的突触到另一个神经元的突触上作用，协调强化突触间的连接，但是这种自然的化学信号仍未知。

 

在他们最新的研究实验中，Svoboda和他的同事研究了叫做Ras的分子信号，他们认为Ras可能将刺激信号从一个棘突传递到另一相邻棘突上。Ras被认为是LTP过程中细胞信号机制起重要作用的物质。

 

研究人员设计了一种小鼠的神经元， 当Ras被激活了的时候神经元就会表达一种荧光蛋白。他们将两种新技术结合在一起来刺激突触上的小棘突，并观察激活了的Ras的迁移情况。

 

为了在完整的组织中准确的测量这些活动，Svoboda的研究小组制备了一种敏感的显微镜，这种显微镜将双光子激发与荧光生命成像技术结合起来。Svoboda的研究小组所用的这种新的技术被称为双光子生命成像显微镜，用于检测在单个突触水平上Ras的突触可塑性。双光子激光扫描显微镜能够捕捉到单个树突棘清晰的清晰图像。

 

Svoboda说，我们发现，每次棘突被刺激后Ras的活性迅速提高，并能持续5min。超过5min后，Ras就从被刺激的棘突离去，沿着树突进入相邻的棘突。到达相邻的棘突时，刺激阈被降低。

 

Svoboda说，重要的是，他们的研究结果展示了Ras从一个被刺激的棘突弥漫开来是诱导LTP必要性程序，相邻的棘突上早已存在失活的Ras。因此，Ras在棘突间起着传递信号的重要作用。

 

Svoboda说，我们认为Ras是一种连接突触回路的因子，也是必需因子，但是看上去不是唯一的影响因子。这只是展现了神经突触间交流的重要词汇中的一种。

（生物通 张欢）