不只是突觸連接，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞之間還存在無線連接

本文來自微信公眾號：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

神經(jīng)系統(tǒng)是由神經(jīng)細(xì)胞組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，它們通過突觸 —— 神經(jīng)細(xì)胞相互接觸的部位 —— 將信息從一個神經(jīng)細(xì)胞傳遞到另一個神經(jīng)細(xì)胞中。

然而，最新的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)細(xì)胞之間的通信不僅可以借助突觸，還可以借助長距離的“無線網(wǎng)絡(luò)”。這種網(wǎng)絡(luò)利用的是一種叫做神經(jīng)肽（neuropeptide）的分子，這種分子可從一個神經(jīng)細(xì)胞中釋放出來，然后經(jīng)過較長的距離之后，被另一個神經(jīng)細(xì)胞所吸收。

這種通信形式的存在，可能會改變我們對神經(jīng)系統(tǒng)信息傳遞的理解，也可能為開發(fā)新的藥物和治療方法提供新的思路。

線蟲中的“無線網(wǎng)絡(luò)”

為了探索神經(jīng)細(xì)胞的“無線通信”，兩支科研團(tuán)隊分別使用了不同的方法，研究了一種線蟲 —— 秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）。這種線蟲只有 302 個神經(jīng)細(xì)胞，但它們可以表現(xiàn)出復(fù)雜的行為，如學(xué)習(xí)、記憶和社交等。秀麗隱桿線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)被詳細(xì)地繪制出來，包括它們的突觸連接，但它們的神經(jīng)肽通信卻鮮為人知。

由英國劍橋 MRC 分子生物學(xué)實驗室的神經(jīng)科學(xué)家威廉?沙弗（William Schafer）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，分析了秀麗隱桿線蟲神經(jīng)系統(tǒng)中哪些神經(jīng)細(xì)胞具有可表達(dá)神經(jīng)肽的基因，以及哪些神經(jīng)細(xì)胞具有可表達(dá)神經(jīng)肽受體的基因，并以此來預(yù)測哪些神經(jīng)細(xì)胞對可通過神經(jīng)肽進(jìn)行通信。

利用這些數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊生成了一張秀麗隱桿線蟲的潛在“無線連接”地圖，發(fā)現(xiàn)連接密集的區(qū)域與秀麗隱桿線蟲的解剖學(xué)連線圖非常不同。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《神經(jīng)細(xì)胞》（Neuron）雜志上。

另一支由美國普林斯頓大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家安德魯?萊弗（Andrew Leifer）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，通過檢測神經(jīng)細(xì)胞活動，研究了信號是如何在秀麗隱桿線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)中傳遞的，并揭示了“無線網(wǎng)絡(luò)”的貢獻(xiàn)。

該團(tuán)隊利用了光遺傳學(xué)，這是一種使用光和光敏蛋白來觸發(fā)神經(jīng)細(xì)胞，使它們發(fā)送電信號的技術(shù)。研究人員逐一激活了秀麗隱桿線蟲的 302 個神經(jīng)細(xì)胞，然后對信號如何從一個神經(jīng)細(xì)胞傳遞到另一個神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行了成像記錄。

研究人員發(fā)現(xiàn)，僅基于秀麗隱桿線蟲的突觸連接情況，并不足以解釋所有的神經(jīng)活動記錄。他們懷疑神經(jīng)肽通信是缺失的部分。于是，研究人員利用基因工程，制造了一種缺乏這種信號類型所必需的蛋白質(zhì)的線蟲，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)他們試圖用光遺傳學(xué)激活其神經(jīng)細(xì)胞時，許多神經(jīng)細(xì)胞保持沉默。這表明，秀麗隱桿線蟲中的神經(jīng)肽通信能夠直接激活神經(jīng)細(xì)胞。

而且，當(dāng)研究人員開發(fā)了一個描述秀麗隱桿線蟲中神經(jīng)細(xì)胞活動的模型時，他們發(fā)現(xiàn)，一個同時包含突觸連接和神經(jīng)肽通信的模型，比僅依靠突觸連接的模型更好地預(yù)測了線蟲中神經(jīng)信號的傳遞。該團(tuán)隊的研究結(jié)果發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。

理解神經(jīng)系統(tǒng)的新視角

這兩項研究首次揭示了秀麗隱桿線蟲的神經(jīng)肽通信的完整網(wǎng)絡(luò)，表明它與突觸信號網(wǎng)絡(luò)同樣重要。這種“無線網(wǎng)絡(luò)”或許能夠調(diào)控線蟲的許多行為，如運動、進(jìn)食和生殖等。

因為神經(jīng)肽幾乎存在于地球上的所有動物中，一些研究人員推測，人類以及其他動物都可能存在類似的“無線網(wǎng)絡(luò)”。沙弗和他的同事計劃在其他生物中開展類似的研究，旨在弄清神經(jīng)肽網(wǎng)絡(luò)與突觸網(wǎng)絡(luò)是如何協(xié)同作用，影響一個生物行為的。

此外，一些藥物，如當(dāng)下流行的減肥治療藥物司美格魯肽（semaglutide），能夠激活人體內(nèi)的神經(jīng)肽受體。所以，理解神經(jīng)肽通信有助于理解這些藥物的作用機(jī)制，也可能為開發(fā)新的藥物和治療方法提供全新的思路。

總之，這兩項研究提醒我們，神經(jīng)系統(tǒng)的信息傳遞并非只有突觸這一種方式，還有其他的途徑，我們需要用全新的視角去理解神經(jīng)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

• https://doi.org/10.1016%2Fj.neuron.2023.09.043

• https://doi.org/10.1038%2Fs41586-023-06683-4

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