神经元如何竞争失去联系
九州大学的研究人员发现了大脑发育中一个基本但被严重忽视的阶段的机制：突触修剪。
使用小鼠二尖瓣细胞——嗅觉系统中的一种神经元——研究小组发现，当神经元接收到神经递质信号时，接收树突会通过一系列化学途径受到保护。同时，去极化会触发同一细胞的其他树突通过促进修剪的不同途径。他们的研究发表在《发育细胞》杂志上。
神经元如何连接和重塑自身是神经生物学中的一个基本问题。适当网络背后的关键概念是神经元形成并加强与其他神经元的连接，同时修剪过多和不正确的神经元。
“神经回路重塑中的一个常见短语是‘一起点燃电线’和‘不同步，失去你的联系。’ 前者描述了在彼此之间传递信号的神经元如何倾向于加强连接，而后者解释说，如果没有所述信号，连接就会减弱，”领导这项研究的九州大学医学院的 Takeshi Imai 教授解释说。“这是一个提炼过程，是大脑正常成熟的基础。”
几十年来，包括今井教授在内的研究人员探索了神经元形成和加强连接的基本过程。然而，在这个过程中存在一个很少有人研究的主要漏洞：连接是如何被消除的。
“消除神经元连接，我们称之为修剪，是该领域的每个人都知道和观察到的事情。但如果你看一下文献，就会发现缺乏对驱动这一过程的确切机制的研究，”第一作者解释说藤本聪。
连接的消除发生在神经系统的任何地方，例如神经肌肉接头，即向肌肉发送信号以使其运动的神经元。起初，肌肉纤维接收来自许多运动神经元的输入。随着你的成长，这些连接会得到微调，其中一些会得到加强，而另一些会被消除，直到只有一个神经元连接到一根肌肉纤维。这就是为什么您在很小的时候就会出现笨拙的运动控制和协调。
“我们决定研究神经元在重塑过程中究竟发生了什么，因此，我们研究了使用小鼠二尖瓣细胞，这是一种位于嗅球中的细胞，嗅球是大脑中枢，与我们的嗅觉有关。在成年人中，二尖瓣细胞具有与称为肾小球的信号转运站的单一连接。但在早期发育中，二尖瓣细胞将分支发送到许多肾小球中，”藤本说。“随着时间的推移，这些分支被修剪以留下单一的强连接。最后，二尖瓣细胞只能嗅出一种特定类型的气味。”
首先，该团队发现嗅球中神经递质谷氨酸的自发波有助于树突修剪。该团队随后专注于二尖瓣细胞的内部信号通路。他们发现了一种独特的保护/惩罚机制，可以加强某些联系并启动对其他联系的修剪。
“我们发现在二尖瓣细胞中，来自谷氨酸的信号对于修剪至关重要。当谷氨酸与其树突中的受体 NMDAR 结合时，它会抑制称为 RhoA 的修剪机械分子，”藤本继续说道。“这个‘救救我’的信号对于保护它不被修剪很重要。”
输入谷氨酸后，二尖瓣细胞也会去极化并发出信号。该团队还发现，去极化会触发同一细胞其他树突中 RhoA 的激活，并启动修剪过程。简而言之，接收直接谷氨酸信号的树突受到保护，而其他树突则被修剪。
“这种用于消除突触的‘惩罚’信号仅作用于未受保护的突触，它解释了如何只有强连接才能成为赢家，而所有其他调解弱和嘈杂输入的人都会成为输家，”今井解释道。
该团队的发现揭示了神经发育中一个被忽视但至关重要的阶段的新信息。
“适当修剪神经元连接与加强网络一样重要。如果它在任何一个方向上出错，都可能导致不同类型的神经生理障碍。与精神分裂症相关的连接太少，而发现的连接太多例如，在自闭症谱系障碍患者中。” 今井说。“要了解这些病态，我们需要仔细研究发展的每一步。”
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