复旦大学独家发表PNAS文章解析神经环路发育新分子机制

　　

生物通报道：复旦大学脑科学研究院的研究人员报道了大脑皮层发育早期电突触介导的神经元同步化放电活动对脑皮层神经环路的发育和成年行为的重要作用。

这一研究成果公布在3月7日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上，文章的通讯作者是复旦大学脑科学研究院禹永春研究员，其实验室利用多通道膜片钳记录、脑片光学刺激、电场转基因、小鼠遗传分析和细胞、分子生物学等多种研究手段，应用离体脑片和整体动物模型对神经环路发育进行分子到整体水平的研究。

神经环路是大脑神经系统的基础，这些彼此联系的神经元构成一定的神经环路来发挥大脑的高级功能。已有证据表明，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”联系。然而随着大脑皮层不断发育，这些电突触逐渐消失，取而代之的是化学性突触联系。尽管电突触的重要功能逐渐被神经科学家所关注，然而电突触通过何种机制调控脑皮层环路的发育是目前神经科学所面临的重要科学问题。同时，研究表明兴奋性神经元之间的电突触联系参与了脑皮层早期神经网络自发放电同步化震荡。有假说称此同步化震荡对脑皮层神经环路的发育起到了至关重要的作用，然而至今此假说并没有被实验所证实。更为重要的是，发育早期由电突触介导的神经网络是否会影响成年个体的行为目前依然不清楚。

在本项研究中，禹永春课题组利用可诱导的条件性敲除小鼠系统（EMX1-CreER），在小鼠出生早期特异性敲除兴奋性神经元间的电突触蛋白CX26。研究表明，CX26的敲除可显著降低发育早期自发同步化放电的频率和规模。其次，CX26的敲除显著降低兴奋性神经元树突复杂度和树突棘的密度。有趣的是，只有在出生早期而非晚期敲除CX26可显著降低兴奋性神经元mEPSCS的频率，而对mIPSCs的幅度和频率无影响。

研究人员进一步证实，CX26敲除对兴奋性神经元形态学和环路的影响可一直持续到小鼠成年时期。更重要的是，研究人员发现CX26敲除的小鼠焦虑行为显著增强。该工作首次证实了发育早期电突触介导的神经元同步化放电活动对脑皮层神经环路的发育起到了至关重要的作用，同时揭示发育早期电突触联系对小鼠成年行为具有重要影响。

该研究不仅为深入理解大脑皮层神经元环路发育有着重要意义，同时为脑神经环路发育异常相关疾病的诊断和治疗方面提供了新思路。

该研究在禹永春研究员的指导下，由苏鑫和陈敬敬等完成。苏鑫和陈敬敬为该论文的共同第一作者，禹永春研究员为通讯作者。该课题获得了科技部973项目、国家自然科学基金面上项目、基金委重大研究计划培育项目等资助。

作者简介：

禹永春，2005年毕业于复旦大学神经生物学研究所并获得博士学位。2006年1月至2009年12月先后在美国The University of Texas Health Science Center at Houston和Memorial Sloan-Kettering Cancer Center做博士后研究工作。2009年12月回国聘任至复旦大学神经生物学研究所，组建脑神经突触环路发育研究室，担任课题组组长，副研究员，青年PI。2010年3月聘任为复旦大学医学神经生物学国家重点实验室副研究员。2010年5月聘任为复旦大学脑科学研究院副研究员。主要从事哺乳动物脑皮层神经突触环路发育研究，主要研究成果发表在Nature，Journal of Neuroscience，European Journal of Neuroscience，IOVS等国际学术期刊。相关研究成果被Cell, Nature Review Neuroscience和Nature Neuroscience等国际顶尖学术期刊专题报道。

研究方向
本实验室主要研究方向为脑皮层神经突触环路发育。本研究组的研究目标是揭示大脑皮层如何形成神经突触环路，不同神经元间形成突触环路的发育特点及其分子机制，并试图阐明这些神经环路处理信息的机制。我们将利用多通道膜片钳记录、脑片光学刺激、电场转基因、小鼠遗传分析和细胞、分子生物学等多种研究手段，应用离体脑片和整体动物模型对神经环路发育进行分子到整体水平的研究。

正在开展的研究工作包括：
1.大脑皮层第一层（layer1）内抑制性神经元神经突触环路的发育，以及这种突触环路对其它脑层神经元间信号传递的整合作用。
2.大脑皮层早期兴奋性神经元间电突触对后期化学性突触环路形成的影响。
3.神经胶质细胞对大脑皮层神经突触环路发育的影响。

原文摘要：

Neonatal CX26 removal impairs neocortical development and leads to elevated anxiety
Xin Su, doi: 10.1073/pnas.1613237114