概要：研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種控制神經(jīng)可塑性的新的信號系統(tǒng)。

來自美國杜克大學(xué)，普朗克弗羅里達(dá)神經(jīng)科學(xué)研究所的研究員，和他們的合作者，已經(jīng)提出了一種控制神經(jīng)元可塑性的新的信號系統(tǒng)。

哺乳類動(dòng)物的大腦最迷人的特性之一是其一生都在變化。經(jīng)驗(yàn)表明，無論是在測試學(xué)習(xí)還是經(jīng)歷創(chuàng)傷情況下，大腦都會(huì)通過修改特定神經(jīng)電路的組織方式和活性來改變，從而改變隨后的感覺，想法和行為。這些改變發(fā)生在用于神經(jīng)元之間的通信的突觸間。我們稱這種經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的大腦結(jié)構(gòu)和功能的改變叫做突觸可塑性，它被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和記憶的細(xì)胞基礎(chǔ)。

世界各地的許多研究小組，都致力于推進(jìn)我們對學(xué)習(xí)和記憶形成的基本原則的理解。這種理解依賴于確定那些參與學(xué)習(xí)和記憶的分子，以及這些分子在此過程中發(fā)揮的作用?？赡苡谐砂偕锨У姆肿訁⑴c了突觸可塑性的調(diào)節(jié)，那么，理解這些分子間如何相互作用對理解記憶如何形成至關(guān)重要。

一些基本機(jī)制協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)突觸可塑性，這些機(jī)制包括釋放到一個(gè)突觸的化學(xué)信號量的變化，以及細(xì)胞對這些信號強(qiáng)度的敏感性的變化。特別是，BDNF蛋白，它的受體TrkB蛋白和GTP酶蛋白參與了某種形式的突觸可塑性，然而，幾乎沒有人知道這些蛋白在參與過程中，在什么時(shí)候，在哪里被激活了。

由普朗克佛羅里達(dá)州神經(jīng)科學(xué)研究所的Ryohei Yasuda博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組和杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的James McNamara博士，通過使用先進(jìn)的成像技術(shù)，來監(jiān)測這些分子在單一的樹突棘中的時(shí)空激活模式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這些分子在突觸可塑性中相互作用的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。這些激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)在實(shí)體出版之前已經(jīng)發(fā)表在網(wǎng)上，于2016年9月作為兩份獨(dú)立出版物發(fā)表在Nature上。

上圖：一些基本機(jī)制協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)突觸可塑性，這些機(jī)制包括釋放到一個(gè)突觸的化學(xué)信號量的變化，以及細(xì)胞對這些信號強(qiáng)度的敏感性的變化。特別的，BDNF蛋白，它的受體TrkB蛋白和GTP酶蛋白參與了某種形式的突觸可塑性，然而，幾乎沒有人知道這些蛋白在參與過程中，在什么時(shí)候，在哪里被激活了。NeuroscienceNews.com的圖像選自MPI新聞稿。

棘內(nèi)的一個(gè)令人驚訝的信號系統(tǒng)

第一份出版物中（作者Harward,Hedrick等人），作者提出了一種自分泌信號系統(tǒng)，這種系統(tǒng)中，分子作用于分泌細(xì)胞本身，系統(tǒng)內(nèi)只有單一的樹突棘。這種自分泌信號系統(tǒng)是由蛋白質(zhì)的快速釋放來實(shí)現(xiàn)的，具體過程體現(xiàn)為，刺激棘，激活BDNF，隨后在相同的棘上激活其受體TrkB，從而進(jìn)一步激活棘內(nèi)信號。這反過來又導(dǎo)致了棘擴(kuò)大，這個(gè)過程在突觸可塑性中必不可少。換句話說，在棘內(nèi)發(fā)起的信號轉(zhuǎn)到棘外，并在棘的外表面激活一個(gè)受體，從而激發(fā)棘內(nèi)的附加信號。樹突棘自分泌信號這一發(fā)現(xiàn)震驚科學(xué)界。

棘的自分泌信號有什么后果？

第二份出版物（作者Hedrick ,Harward等）表示，自分泌信號導(dǎo)致另一組被稱為GTPase蛋白的信號分子被激活。研究結(jié)果揭示了一個(gè)結(jié)構(gòu)可塑性的三分子模型，該模型指出三種GTPase蛋白，Rac1、Cdc42和RhoA的局部性和一致性激活，這可以作為結(jié)構(gòu)可塑性的因果關(guān)系特征。眾所周知，這些蛋白質(zhì)可以調(diào)節(jié)樹突棘的形狀，但是，我們?nèi)匀徊磺宄鼈兪侨绾魏献鱽砜刂萍慕Y(jié)構(gòu)。研究人員在研究突觸可塑性過程中，監(jiān)測單個(gè)樹突棘中這些分子的時(shí)空激活模式，發(fā)現(xiàn)這三種蛋白質(zhì)同時(shí)被激活，但他們的激活模式差異顯著。一方面差異是RhoA和Rac1，當(dāng)其被激活時(shí)，會(huì)擴(kuò)散到受刺激的脊柱的周圍的樹突，這有利于促進(jìn)周圍脊柱的可塑性。另一個(gè)區(qū)別是，Cdc42活性受限于受刺激棘，這一特性導(dǎo)致，似乎有必要產(chǎn)生針對特定的脊柱特定的可塑性。此外，自分泌BDNF信號是激活Cdc42和Rac1所必需的，但不是RhoA所必需的。

突觸可塑性調(diào)節(jié)的創(chuàng)新性見解

這兩項(xiàng)研究提出了關(guān)于突觸可塑性調(diào)節(jié)的創(chuàng)新性見解。第一項(xiàng)研究首次揭示了一種自分泌信號系統(tǒng)，第二項(xiàng)研究提出了一個(gè)獨(dú)特的樹突生物計(jì)算形式，并涉及到三種分子的控制互補(bǔ)。據(jù)Yasuda博士說，理解用于調(diào)節(jié)突觸強(qiáng)度的分子機(jī)制對于理解神經(jīng)電路如何工作，它們?nèi)绾涡纬?，以及它們?nèi)绾螢榻?jīng)驗(yàn)所塑造都是非常關(guān)鍵的。McNamara 博士指出，這些信號系統(tǒng)的紊亂可能是導(dǎo)致癲癇和其他多種腦部疾病的基礎(chǔ)。由于成百上千種蛋白質(zhì)參與了突觸可塑性調(diào)節(jié)中的信號轉(zhuǎn)換，所以，調(diào)查更多種類的蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)對理解樹突棘中信號機(jī)制很有必要。

Yasuda和McNamara實(shí)驗(yàn)室接下來的研究，是希望對神經(jīng)元中細(xì)胞內(nèi)信號的理解取得重大進(jìn)展，以及在突觸可塑性的潛在機(jī)制、記憶的形成和腦部疾病等方向提出關(guān)鍵性見解。這些見解將極有可能促進(jìn)藥品的發(fā)展，讓藥品能夠增強(qiáng)記憶力，預(yù)防或者能更有效地治療癲癇以及其他腦部疾病。