每當(dāng)我們學(xué)習(xí)一項(xiàng)新技能，養(yǎng)成一個(gè)新習(xí)慣，或者經(jīng)歷一次情感體驗(yàn)時(shí)，大腦的神經(jīng)環(huán)路就會(huì)發(fā)生變化。神經(jīng)突觸似乎處于不斷地變化中，但如何維持自己的穩(wěn)態(tài)？

在一項(xiàng)對(duì)果蠅的研究中，加州大學(xué)舊金山分校（UC San Francisco）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)神經(jīng)通信被人為中斷時(shí)，兩種名為“semaphorin（軸突導(dǎo)向因子）”和“plexin（叢狀蛋白）”的蛋白質(zhì)（一起被稱為sema-plexin）驅(qū)動(dòng)一種能快速恢復(fù)正常功能的代償反應(yīng)。由于人類中也存在與果蠅類似的神經(jīng)通信基礎(chǔ)，研究人員認(rèn)為，新發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)或許在人類的生命周期中也能發(fā)揮作用，以對(duì)抗神經(jīng)系統(tǒng)紊亂。這一成果發(fā)表在9月27日的Nature上。

“這個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定了各種干擾對(duì)神經(jīng)功能的影響?！奔又荽髮W(xué)舊金山分校的醫(yī)學(xué)教授，該研究的資深作者Graeme W. Davis博士說?！叭绻闫茐牧诉@種穩(wěn)定器，你就可能對(duì)環(huán)境毒素，基因突變，感染或損傷等干擾更不耐受。因此，我們正在設(shè)想一種完全不同的方式來對(duì)抗疾病——使神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)疾病造成的破壞更有“彈性”，從而減輕疾病的嚴(yán)重程度。

動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)

早在20世紀(jì)90年代末，Davis和他的同事們發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元中含有一套能維持神經(jīng)元功能的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，不僅能夠抵抗疾病、損傷等外界干擾，同時(shí)也有助于削弱日常活動(dòng)產(chǎn)生的各種“噪聲”，強(qiáng)調(diào)重要的學(xué)習(xí)相關(guān)的突觸變化。

“我們認(rèn)為，動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)提高了信噪比，并在系統(tǒng)中創(chuàng)造了保真度?！?Davis說。在過去的二十年里，Davis實(shí)驗(yàn)室對(duì)神經(jīng)動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)的功能進(jìn)行了細(xì)致的觀察，但這項(xiàng)新研究首次揭露了神經(jīng)自我調(diào)整的精確分子機(jī)制。

Semaphorin和Plexin相互作用

20年前，科學(xué)家在果蠅中首次發(fā)現(xiàn)了sema-plexin。新研究表明，在大腦發(fā)育過程中至關(guān)重要的這一信號(hào)系統(tǒng)，竟然在成人神經(jīng)系統(tǒng)中扮演者動(dòng)態(tài)平衡器的角色。

Davis和他的團(tuán)隊(duì)利用在果蠅中已經(jīng)得到充分研究的通信連接——神經(jīng)肌肉接頭（NMJ）進(jìn)行研究。這種單個(gè)的神經(jīng)細(xì)胞向單個(gè)肌細(xì)胞發(fā)送信號(hào)的神經(jīng)肌肉通訊可以很容易地量化，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行數(shù)千次測(cè)量，尋找可能會(huì)破壞穩(wěn)態(tài)控制的基因突變。經(jīng)過十多年的實(shí)驗(yàn)，他們?cè)谏窠?jīng)肌肉接頭兩個(gè)對(duì)應(yīng)的位置找到了一對(duì)起著關(guān)鍵作用的分子——semaphorin和plexin。

當(dāng)研究人員用一種神經(jīng)毒性化合物削弱并干擾神經(jīng)肌肉接頭突觸時(shí)，semaphorin將信號(hào)從肌肉細(xì)胞發(fā)送回了神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)末梢。這一信號(hào)刺激了化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)的增強(qiáng)釋放，從而精確地恢復(fù)了神經(jīng)和肌肉之間的正確溝通，維持了神經(jīng)功能穩(wěn)定。

Davis說:“這是首次發(fā)現(xiàn)神經(jīng)穩(wěn)態(tài)相干信號(hào)系統(tǒng)，將一個(gè)細(xì)胞與另一個(gè)細(xì)胞連接起來?！边@是一個(gè)巨大的進(jìn)步，但仍有大量的工作需要完成。我們還沒有了解如何開啟這個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的，以及如何控制它的大小——更不用說觀察與哺乳動(dòng)物大腦疾病聯(lián)系起來的未來工作。

參考資料：

Range of diseases may result when brain self-regulation goes awry, researchers

Retrograde semaphorin–plexin signalling drives homeostatic synaptic plasticity