近日，加州大学伯克利分校Helen Wills神经科学研究所与意大利理工学院的研究团队合作，揭示了环磷酸腺苷（cAMP）与环磷酸鸟苷（cGMP）两种重要第二信使在细胞内的局部、长时程调控关系。这两条信号通路通过相互拮抗和制约的机制，共同调节神经细胞的正常生理功能，为理解神经信号传导的复杂调控提供了新的科学依据。该研究成果已在国际著名学术期刊《科学》（Science）上发表。

该研究由著名神经生物学家蒲慕明教授领导。蒲教授现任中国科学院神经科学研究所所长，主要研究方向包括神经环路的可塑性和大脑发育机制。

cAMP和cGMP作为细胞内的第二信使，主要由受体、环化酶及G蛋白组成的信号体系调控。第一信使如多肽激素、神经递质等与受体结合后，引发受体构象变化，激活G蛋白，进而调控环化酶的活性，促进第二信使的生成。此前的研究已表明，cAMP和cGMP在调控离子通道、细胞容量及轴突引导等细胞行为中具有拮抗作用。

在本研究中，研究人员利用海马神经元培养模型，发现局部的cAMP和cGMP在未分化轴突中分别促进和抑制轴突的形成，同时在树突的生长过程中也表现出相反的调控作用。通过荧光共振能量转移（FRET）技术，研究团队观察到cAMP水平的变化可以通过激活特定的磷酸二酯酶和蛋白激酶，导致cGMP水平发生相反变化。这表明，cAMP和cGMP在细胞内的局部、长时程调控机制有助于神经元轴突与树突的协调生长，确保神经网络的正常发育。

神经调节的正常进行依赖于cAMP和cGMP信号通路的平衡。两者的相互拮抗和制约机制，维系细胞的正常功能，失衡则可能引发神经系统疾病。近年来，蒲慕明团队在神经极性蛋白分布和轴突膜蛋白运输机制方面也取得了重要突破，为神经科学的基础研究提供了丰富的理论基础。

例如，2009年，该团队在《细胞》杂志发表的研究中，解析了神经元蛋白极性分布的机制，发现由肌动蛋白和Ankyrin G构成的分子筛限制大分子蛋白在轴突与胞体间的扩散，调控膜蛋白的极性分布。这一机制对于理解神经元的结构和功能具有重要意义，为神经系统疾病的研究提供了潜在的靶点。