Science：揭示大脑发育过程期间一种控制神经元连接形成的重要信号通路

在一项新的研究中，来自英国伦敦国王学院的研究人员发现大脑连接（brain wiring）需要在特定突触类型的水平上控制局部蛋白的合成。他们指出对蛋白合成的调节以高度特异的方式发生，其程度与所涉及的突触类型有关。他们确定了一种控制兴奋性锥体细胞和表达小清蛋白（parvalbumin）的抑制性中间神经元之间的突触形成的信号通路。这是第一项研究证实了在大脑布线过程中对蛋白合成的调节存在这种特异性。相关研究结果发表在2022年11月25日的Science期刊上，论文标题为“Cortical wiring by synapse type–specific control of local protein synthesis”。

大脑皮层是人脑最大部分---端脑（cerebrum）---的外层。它通过对运动和感觉功能的控制负责我们最复杂和多样化的行为。它也是最复杂的生物系统之一，因此了解控制它的发育机制是一项重大科学挑战。

大脑皮层存在两种主要的神经元类型：兴奋性锥体细胞和抑制性中间神经元。它们之间的相互作用对于大脑皮层的正常功能至关重要。抑制性中间神经元对兴奋性锥体细胞的活动进行调节和同步，从而协调它们的行为。

大脑皮层中的神经元通过称为突触的连接组装成神经网络。像电气连接一样，突触由突触前区室（电源插头）和突触后区室（插座）组成。在成体大脑中，蛋白合成发生在这两个区室的局部，以执行神经元的功能。

通过化学信号传导控制特定蛋白的合成，使大脑能够调节单个突触的活动。然而，这种调节在两种类型发育中的大脑皮层神经元之间如何不同，并没有得到充分理解。

论文第一作者、伦敦国王学院精神病学、心理学与神经科学研究所的Clémence Bernard博士说，“探索调节大脑皮层连接性产生的分子过程是令人激动的，特别是当它们最终如此特异性的时候。我们确定了一种控制大脑皮层最基本连接之一---兴奋性锥体细胞和表达小清蛋白的抑制性中间神经元形成的突触---中蛋白合成的信号通路。”

突触形成中的局部蛋白合成。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abm7466。

突触中的蛋白合成异常是自闭症谱系障碍（ASD）的一种核心机制。这项新研究中确定的机制揭示了与神经发育障碍相关的蛋白之间的相互作用。这一发现支持了这样一个观点：由兴奋性锥体细胞和表达小清蛋白的抑制性中间神经元形成的突触可能对ASD等大脑发育障碍中出现的失调特别敏感。

论文共同通讯作者、伦敦国王学院精神病学、心理学与神经科学研究所的Oscar Marín教授说，“令人着迷的是，许多与ASD有关的基因似乎受到我们在这项研究中发现的这种相同信号通路的调节。”

论文共同通讯作者、伦敦国王学院精神病学、心理学与神经科学研究所的Beatriz Rico教授说，“这一观察表明兴奋性锥体细胞和表达小清蛋白的抑制性中间神经元之间的连接可能是ASD中多种遗传风险因素的热点。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Clémence Bernard et al. Cortical wiring by synapse type–specific control of local protein synthesis, Science, 2022, doi:10.1126/science.abm7466.