揭开神经元“信使”沉默之谜

        在神经细胞的“信使大家族”中，有一类成员徒有其表：明明长着一副善于“沟通”的样子，却偏偏“沉默不语”。记者今天从中科院上海生命科学研究院神经科学研究所获悉，上海科学家关于突触发育新机制的研究成果登上了最新一期国际权威学术杂志《Neuron》(神经元)的封面。文章不仅解释了这些“信使”沉默的一种原因，而且找到了“打破沉默”的方法，而这可能关乎学习及记忆。值得一提的是，这是我国科学家首次在该杂志发表封面文章。

　　所谓“信使”，指的是神经元之间相接触的部位——突触，神经细胞间的信息传递就发生于此。神经科学家以前在脑内发现了一类只有突触结构而没有信息传递功能的突触，通常称之为“沉默突触”。引起了科学家极大兴趣的是，沉默突触在一定条件下可转化为有功能的突触，而这种转化可能是大脑学习和记忆的基础。

　　那么，如何才可以帮沉默突触找回信息传递的功能？经典学说认为，沉默突触之所以不具备信号传递功能，是由于突触后膜只表达NMDA受体而缺乏AMPA受体。而中科院上海神经所研究员段树民及其学生沈万华、吴蓓等却发现：在发育早期，有一类突触“沉默”并不是因为后膜缺乏AMPA受体，而要归罪于突触前神经元不能释放神经递质谷氨酸。他们发现，增加突触前神经元的活动，可以将沉默突触快速转化为有功能的突触。原因是突触前神经元小G-蛋白CDC-42被激活，增加了突触末梢骨架蛋白的聚合，从而促进了神经递质谷氨酸释放。

　　《Neuron》评论该工作“清晰地阐明了发育早期，沉默突触转化为功能突触的深入机制……”，这一研究成果将对突触发育和突触可塑性研究领域产生重要影响。

        最新一期国际神经科学领域权威刊物《神经元》（Neuron）5月4日以封面文章形式发表了中国科学院上海生命科学院神经科学研究所段树民研究员及学生沈万华、吴蓓等关于突触发育新机制的研究成果，这是我国科学家首次在该杂志发表封面文章。

　　突触是神经细胞间信息传递的关键部位。信号从一个神经元传递到另一个神经元需要经过突触这一“关卡”，突触前的神经元兴奋后释放出谷氨酸，在突触后膜上需有相应受体感受到，信号才得以完整地传递。神经科学家早期在脑内发现一类只有突触结构而没有信息传递功能的突触，通常称这种突触为沉默突触。这种沉默突触在一定条件下可转化为有功能的突触，这种转化可能与学习和记忆的基础原理有关，这引起了神经科学家的极大兴趣。

　　经典的学说认为，沉默突触是由于突触后膜只表达NMDA受体但缺乏AMPA谷氨酸受体，相当于“聋子”，无法感受到信号，因而不具有信号传递功能。段树民领导的研究小组发现，在突触发育早期，有一类沉默突触并不是由于突触后膜缺乏AMPA谷氨酸受体，而是由于突触前神经元不能释放神经递质谷氨酸，相当于“哑巴”，两个神经元之间信号无法传递了。他们还发现，增加突触前神经元的活动，可以将这种沉默突触快速转化为有功能的突触。进一步的研究还首次发现，这种转化是由于激活了突触前神经元小G—蛋白CDC—42，从而促进了神经递质谷氨酸释放。

　　同期杂志发表评论指出，该工作“清晰地阐明了突触发育早期沉默突触转化为功能突触的深入机制……”很好地解释了“早期研究发现的一些互不联系的现象”。这一研究成果将对突触发育和突触可塑性研究领域产生重要影响。

        中科院上海生命科学研究院神经科学研究所段树民研究员等撰写的一篇有关突触发育的研究论文，发表在5月4日出版的国际权威学术刊物《神经元（Neuron）》杂志上，并且在该杂志封面作介绍。据悉，这是我国科学家首次在该杂志封面刊登介绍论文。

　　据介绍，突触是神经细胞间信息传递的关键部位。在人脑中，从一个神经元传递到另一个神经元必然要经过一个突触，当突触前膜中的神经递质谷氨酸释放到突触后膜中谷氨酸受体上，这个信号传递才能成功。段树民研究员及其学生沈万华、吴蓓等在研究中发现，突触发育早期，有一类沉默突触并不是由于突触后膜缺乏AM－PA受体，而是由于突触前神经元不能释放神经递质谷氨酸，即没有发出信号。研究还发现增加突触前神经元的活动，可以将这种沉默突触快速转化为有功能的突触。而沉默突触在一定条件下可以转化为有功能的突触，这种转化可能是突触成熟及学习和记忆的基础。

　　另外，研究人员还认为该转化是由于激活了突触前神经元小G－蛋白CDC－42，增加了突触末梢骨架蛋白的聚合，从而促进了神经递质谷氨酸释放。

　　《神经元》杂志在评论该研究时指出，段树民等清晰而深刻地阐明了发育早期沉默突触转化为功能突触的机制，将对突触发育和突触可塑性研究产生重大影响。

        昨日，上海东方早报记者从中科院上海神经科学研究所了解到，该所段树民博士领导的团队经过三年研究，揭开了神经细胞“沉默”之谜。

        据段树民介绍，大脑是由大量的神经细胞所组成，它们之间互相传递着“情报”，而“情报员”则是一种名为“突触”的组织。这位“情报员”是否称职，将直接影响到“情报”传递的效率，并进而影响到人脑的学习和记忆能力。

        部分大脑“情报员”怠工

        据了解，在人体内有一部分“情报员”会出现“消极怠工”的现象，从不进行情报传输的工作，它们被科学家称为“沉默突触”。但为什么它们会如此“沉默”呢？长期以来科学家一直试图解释这一现象。

        据段树民介绍，在经典的理论中，科学家认为神经元“沉默”的原因是这些“情报员”天生“耳聋”，难以接受外来信息。而在经过三年的试验后，段树民所在的研究组提出了另一种新的机制来解释这一现象。

        研究组在对1000组大鼠神经元进行分析后发现，除了这种“耳聋情报员”外，另有一类“哑巴情报员”，它们每天沉默不语，影响了“情报”传递的效率。

        思考可以刺激“情报员”

        如何帮助这类天生“残疾”的“情报员”恢复功能呢？据段树民介绍，在实验中，他们通过给神经元加上一定的电刺激，成功激活了沉默突触，它们不再“哑”了，开始传递信息。该研究表明：多给这些“情报员”以外部刺激、增加它们的活动，便有望帮助它们恢复功能。

        据了解，这样的电刺激其实也是模拟我们平时脑细胞的活动情况，人类在遇到丰富多变的外部环境和勤于思考的时候，脑中也会出现类似的刺激，多思考就能激活更多“沉默”的突触，使它们完成信息传递的任务。因此，古训“勤能补拙”确实有着其科学依据。

        发育期最能以勤补拙

        据研究组沈万华介绍，实验中，7到9天的大鼠的“沉默”突触更容易被激活，而14天以后激活便困难许多。据了解，7到9天正处于大鼠的发育期。而这也标明：“勤能补拙”的效果和年龄存在一定关系。在发育期，勤思考多学习能激活更多的“情报员”，从而可能对日后的学习和记忆能力产生积极作用。

        两个神经细胞间传递信息要靠一个能“说”一个会“听”。上海科学家在经典学说之外首次发现，有一类“哑巴”细胞虽然不“聋”却不会“说”，但可通过激活细胞内的信号分子使其“开口”。中科院上海生科院神经科学研究所昨天宣布了这一成果，有关论文发表于最新一期国际神经科学界权威刊物《神经元》上，这也是我国科学家首次在该杂志发表封面文章。

　　神经细胞又称神经元，通常一个神经元有众多突出的“触角”———突触，这一关键部位可接受多个神经元传来的信息，如大脑皮质锥体细胞约有3万个突触，小脑中有的细胞多达20万个突触。

　　神经科学家早期在脑内发现一类只有突触结构而没有信息传递功能的“沉默突触”，一般认为在婴儿大脑内，沉默突触的比例大于具有功能的突触，在一定转化条件下，它们大量变为不再“沉默”的功能突触，这种转化可能是突触成熟及学习和记忆的基础。一些研究认为在成年人脑中仍存在不少沉默突触，如能实现转化，它们可能就是大脑的潜能。

　　根据经典学说，神经元突触之所以“沉默”，仅仅因为负责接受信息的突触是听不见的“聋子”，其细胞膜上缺乏某一种感知刺激的载体分子———AMPA受体，从而无法实现“收听”功能。以神经所段树民研究员为首的小组发现，这一“信息传递障碍”并不都是“聋子突触”的错，突触发育早期还存在一种“哑巴突触”，它并不缺乏

　　AMPA受体，却由于不能“开口”释放作为“神经递质”的谷氨酸，从而丧失了与其它突触的沟通能力。该研究进一步发现，这种“失语症”可以通过外来刺激快速“康复”，使该突触获得“话语权”。

　　段树民和他的学生们在实验中培养小鼠脑细胞，用微电极刺激突触前、后对应的两个神经元，3年多来完成1000多对神经元的活动记录，终于找到了“哑巴突触”的“病根”———一种“小G－蛋白CDC－42”信号分子。只要激活这种信号分子，便能使突触前神经元释放谷氨酸这一“神经递质”，谷氨酸即可把信息传到突触后的神经元，从而使这类沉默突触变成“功能突触”。

　　专家点评

　　美国得克萨斯州大学西南医学研究中心卡瓦拉里教授在《神经元》杂志上撰文评论：该研究工作清晰地阐明了突触发育早期沉默突触转化为功能突触的深入机制，很好地解释了早期研究发现的一些互无联系的现象。这一成果将对突触发育和突触可塑性研究领域产生重要影响。

        脑子越用越聪明，尤其对刚出生的婴儿来说更是如此。最近，中科院上海生命科学院段树民研究员及其学生研究发现了神经元突触发育的新机制，再次验证了这句话。

　　最新一期出版的国际神经科学权威杂志《神经元》，以封面文章报道了这一重要成果，并专门配发评论。这是我国科学家成果首次登上该杂志的封面。同期杂志配发评论，给予该成果很高的评价：该工作“清晰地阐明了突触发育早期沉默突触转化为功能突触的深入机制”，这一成果将对突触发育和突触可塑性研究领域产生重要影响。

　　每个神经细胞都有很多的触角，这些触角称为突触。它们通过相互接触，释放、接收特定的化学物质，来传递信号。

　　在亿万神经细胞中，有一大群突触无所事事，被称为“沉默突触”。段树民及其学生经过3年研究发现，有些突触“沉默”，是因为前一个神经元没把信号“告诉”它。如果刺激前一个神经元，使它兴奋起来，就有可能很快使这类突触走出“沉默”的阴影，承担起特定信号的传递。

　　“在实验中，我们使用电刺激来激活沉默突触，”段树民告诉记者。“但在生活中，视觉、听觉等都可能对脑细胞产生刺激，促使沉默突触转变为有功能的突触。”

　　人脑中可能存在大量的沉默突触，神经细胞感受到丰富的刺激，就有可能促使它们转变为有功能的突触——这就是所谓脑子越用越聪明。初生婴儿脑内沉默突触的数量最多，因此从小让孩子多听、多看、多感觉，会使孩子更聪明，这一观点看来是有道理的。 (责任编辑：泉水)

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