Eph/ephrin对树突棘的调控与中枢神经系统疾病

树突棘是神经元树突上的功能性突起结构,通常作为突触后成份与投射来的轴突共同构成完整的突触连接。树突棘的形态与结构具有明显的可塑性,其变化通常会引起突触功能的改变。Eph受体酪氨酸激酶家族分子与其配体ephrin都是重要的神经导向因子,同时对树突棘结构也有直接的调控作用。Eph受体的活化可以促进树突棘的发生并影响树突棘的形态及内部结构;而Eph受体的异常也往往会损害正常的突触功能,甚至导致许多与树突棘结构异常相关的神经系统病变的发生。     

Drebrin与认知功能障碍

树突棘和突触的病理改变在认知功能障碍发病机制中具有十分重要的作用,研究表明大脑发育调节蛋白（developmentregulationbrainprotein,Drebrin）能够调节树突棘和突触的形态和重塑。Drebrin的减少可能通过树突棘内细胞骨架变化,使树突棘的形态结构受到影响,导致突触功能和结构的变化。但目前阿尔茨海默病（Alzheimer’Sdisease,AD）脑内突触病理变化的具体机制及Drebrin和突触之间的关系仍不明确。探讨Drebrin与认知功能的关系及其机制,对临床上早期干预认知功能障碍、寻找AD的有效诊断治疗措施具有重要意义。     

NMDA受体的结构及其生理作用

N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体是离子型兴奋性谷氨酸受体的一种亚型,生物体内已发现了3种NMDA受体亚基,且通过选择性剪接至少存在7种亚型,形成具有功能的多结合位点的大分子复合物。NMDA受体在中枢神经系统的突触传递、突触可塑性、学习记忆等生理过程中发挥着重要作用,且NMDA受体的异常会导致-些精神疾病及认知功能的障碍。     

受体酪氨酸激酶依赖的信号转导在突触可塑性中的研究

突触可塑性对于脑发育过程中的神经环路重构以及学习记忆等脑的高级功能是非常重要的。许多受体酪氨酸激酶家族成员,包括TrkB、ErbB和Eph在神经连接的建立和重构过程中起到核心作用。比如,突触后EphB依赖的信号会导致树突棘的产生和神经递质受体的聚集,而ephrinA引起的EphA4激活可以导致树突棘的回缩。但是,目前对EphA4依赖的树突棘重组和对神经递质受体的调节背后的机制还知之甚少。本文将集中探讨EphA4及其下游的信号通路在神经肌肉接头和中枢神经的突触中,对神经递质受体的调节功能。     

突触长时程增强形成机制的研究进展

高等动物脑内突触传递的可塑性是近30年来神经科学研究的热点,突触传递长时程增强（long-term potentiation,LTP)是神经元可塑性的反映,其形成主要与突触后机制有关。过去关于LTP机制的研究主要集中于N－甲基－D门冬氨酸（NMDA）受体的特征及该受体被激活后的细胞内级联反应,现认为脑内存在只具有NMDA受体而不具有α－氨基羟甲基恶唑丙酸（AMPA）受体的“静寂突触（silent synapse)”,这一概念的提出,使人们认识到AMPA受体在LTP表达的突触后机制中的重要作用。     

竞争机制介导树突棘的协同修剪与成熟

树突棘是中枢神经系统中绝大多数兴奋性突触的突触后位点。在出生后早期,脑内树突棘大量形成;当个体进入青少年期,脑内树突棘总数逐渐减少,这一过程被称为树突棘修剪,并被认为是神经环路精确化的重要过程。在孤独症谱系障碍、精神分裂症等发育性神经系统疾病中被报道存在树突棘修剪的异常。虽然树突棘修剪的现象已被广泛描述,然而介导该过程的分子机制尚待进一步研究。该研究组近期工作发现,在小鼠触须所对应的感觉皮层,树突棘的修剪与成熟是协同发生的,并且受感觉经验的双向调控。进一步研究发现,神经电活动可以引起相邻树突棘对cadherin/catenin细胞黏附复合物的竞争,导致该复合物的重新分布,并使这两个树突棘的命运产生分化:得到cadherin/catenin复合物的树突棘变得更加成熟而相邻失去这些分子的树突棘变小或被修剪。这一cadherin/catenin复合物依赖的竞争机制为树突棘的协同成熟与修剪提供了特异性,对于理解介导神经环路精确化的机制至关重要。     

外周输入依赖的嗅球颗粒细胞的突触结构可塑性

活动依赖的突触结构可塑性是学习和记忆的基础.哺乳动物,尤其是啮齿类动物,具有高度发达的嗅觉系统和惊人的气味学习和记忆能力.本研究以CNGA2敲除而导致外周输入缺失的小鼠为模型,研究嗅球内活动依赖的突触结构可塑性.利用特异性的突触前和突触后标记物,发现外周输入缺失减少了突触标记蛋白突触素(synaptophysin)和抑制性突触标记蛋白桥蛋白(gephyrin)在嗅球外网状层和颗粒细胞层中的表达;兴奋性突触标记蛋白囊泡谷氨酸转运蛋白1(VGluT1)的表达水平只在外网状层中有显著下降,而在颗粒细胞层中没有明显变化.进一步通过活体质粒电转标记嗅球颗粒细胞后发现,CNGA2敲除小鼠颗粒细胞上位于外网状层中的远端树突棘密度显著减小,而位于颗粒细胞层中的近端树突棘密度没有明显变化.这些结果表明颗粒细胞上的树-树突触具有对外周活动依赖的结构可塑性,而轴-树突触则无.     

谷氨酸性突触在痛觉和记忆中的突触和分子机制

谷氨酸是哺乳动物脑中的兴奋性递质。中枢神经系统的谷氨酸性突触广泛参与痛觉传递,突触可塑性和递质的调节。谷氨酸的NMDA受体参与前脑相关的学习及功能。在这篇综述中,我们提出前脑的NMDA受体通过增强谷氨酸性突触传递导致长期性的炎痛。具有增强NMDA受体功能的小鼠会产生更多的慢性痛。NMDA NR2B受体抑制剂在未来可能被用来控制人类的慢性痛。     

PSD—95对NMDA受体信号转导的整合作用

PSD－95是新近在谷氨酸能突触的突触后致密物（PSD）中发现的一种特殊蛋白质,含有3个N末端的PDZ结构域,一个SH3结构域和一个C末端的GK结构域。PSD－95通过不同结构域与其它蛋白相互作用,不仅能够串集NMDA受体及其信号通路中的相关蛋白分子,组成受体－信号分子－调节分子－靶分子复合物,还可通过突触前后粘附分子的相互作用,参与突触连接的形成和维持,在介导和整合NMDA受体信号转导中具有关键性作用。     

成年小鼠前脑NMDA受体参与神经元的动作电位发放

谷氨酸是中枢神经系统主要的快速兴奋性递质。AMPA受体和海人藻酸受体主要参与突触传递,而NMDA受体主要参与突触可塑性。基因操作的方法增强NMDA受体的功能,可以增强动物在正常生理状态下的学习能力,及在组织损伤情况下的反应敏感性。NMDA受体参与生理功能的主要机制是长时程增强（long—term potentiation,LTP）。我们的研究表明,NMDA受体不仅参与刺激前扣带皮层的第五层细胞或刺激白质诱导的突触反应,而且参与在胞体施加去极化跃阶电流诱导的动作电位的发放。钙一钙调蛋白敏感的腺苷酸环化酶1（adenylyl cyclase 1,AC1）和cAMP信号通路可能介导了这些反应。由于扣带皮层神经元在伤害性刺激和痛中发挥重要作用,我们的结果为前脑NMDA受体参与突触传递和动作电位发放,以及与前脑相关的行为,如感受伤害性刺激和痛,提供了一个新的机制。     

活性依赖的突触抑制和突触稳态的分子机制

常规RNA干涉或基因敲除的功能缺失手段仅仅只是简单地移除某个基因或蛋白,而这个过程常常会掩盖磷酸化对某个特定蛋白的调节。在树突发育和突触功能活性依赖的调节过程中,突触后致密蛋白磷酸化的机制仍然是未知的领域。突触后Rap GTP酶激活蛋白SPAR与PSD95结合,可以促进树突棘的生长并加强突触。Plk2（polo-like kinase2,也称为Snk）是一种受突触活性诱导表达的蛋白激酶,它可以磷酸化SPAR,磷酸化的SPAR通过泛素化．蛋白酶体途径降解,从而导致树突棘和突触的减少。Plk2的诱导表达和随后SPAR的降解是长时间神经活性增强过程中突触强度的稳态抑制（突触剥落）所必需的。有趣的是,SPAR需要被另外一种激酶cDK5磷酸化后才能被Plk2所降解。这种机制通过CDK5对一部分突触进行标记,为由Plk2-SPAR通路抑制或去除这些突触提供了可能的途径,但其分子机制在神经退行性疾病突触丢失中的作用仍需进一步探讨。     

亚硝基化修饰依赖的蛋白酶体降解途径可抑制细胞周期依赖性蛋白激酶5的活性

正突触间的连接受到多种蛋白质的活性与功能的协调配合,细胞周期依赖性蛋白激酶5(Cyclin-dependent kinase 5,Cdk5)的激活在突触形成过程中发挥重要作用,Cdk5的过度激活可通过减少树突棘数量及下调神经元表面受体NMDA的表达导致突触形成障碍。最近,来自香港理工大学的研究团队发现NO可对Cdk5特异性激活子p35进行亚硝基化修饰,进而介导蛋白酶体降解途径下调p35表达,降低Cdk5活性。研究人员发现,在神经元型一氧化氮合酶(nNOS)敲除小鼠中,海马神经元密度及成熟性均显著下降,神经元表面受体     

Science发文揭示睡眠如何强化突触并有益记忆

<正>2014年6月6日,来自纽约大学医学院、北京大学深圳研究生院的甘文标教授在Science发表其研究成果。该研究组采用可视化技术,记录下来了活体小鼠运动皮层中的树突棘变化,证明了睡眠可导致新突触的生长,从而提出了睡眠可巩固记忆,而这是通过促进脑中新的突触的生长来实现的。研究人员首先教小鼠学习一种新的运动技能,这会引起它们脑中形成新的树突棘,这表明哺乳类动物脑中的突触变化是学习的基础。为了更深入了解睡眠是否会影响突触变化,研究人员又记录下来     

关于mGluR在脆性X综合征发病机制中的研究新进展

脆性X综合征为最常见的遗传性智力低下性疾病之一,是由于FMR1基因异常导致其编码的脆性X智力低下蛋白减少或缺失所致.研究发现脆性X综合征尸解病人和FMR1基因敲除小鼠(KO鼠)神经元树突棘发育不成熟,模型小鼠海马区代谢性谷氨酸受体所触发的长时程抑制(LTD)延长,不成熟的树突棘导致突触功能障碍被认为是脑功能异常的基础.最近的研究表明,应用代谢性谷氨酸受体拮抗剂能改善由FMRP缺失所导致的突触和行为缺陷,表明mGluR功能过度激活可能参与了脆性X综合征的发病过程,但具体机制不明.FMRP是一种mRNA结合蛋白,可作为翻译抑制因子负性调节突触后膜mRNA的翻译和表达.因此推测FMRP缺乏和减少可能导致mGluR激发的mRNA翻译增多,参与神经系统发育的蛋白过度表达,而影响树突棘的发育,但具体机制仍不清楚.本文对mGluR和脆性X综合征的研究历史和最新进展进行了讨论.     

在体大鼠海马CA1区侧枝/联合纤维通路和TA通路的不同EPSP空间整合特性

在麻醉Wistar大鼠上,结合脑室给药,应用双电极刺激技术刺激海马独立的两条侧枝／联合纤维通路、TA通路,并在CA1区放射层记录兴奋性突触后电位（EPSP）,对海马CA1区锥体细胞近、远端树突EPSP的空间整合进行了初步探讨。结果表明,海马CA1区锥体细胞近、远端树突的空间整合都是亚线性的;近端树突的空间整合不受期望值大小的影响,但远端树突的空间整合随期望值增加而减小（更趋于亚线性）。此外,荷包牡丹碱没有影响EPSP的空间整合;但瞬时A型钾通道（IAK^＋）的拮抗剂氨基吡啶-4却使得近端树突的空间整合趋于线性发展。本研究表明,海马CA1锥体细胞近、远端树突不同的被动、主动特征使它们具有了不同的空间整合特性。由于近端树突接受海马内部侧枝／联合纤维投射的信息,远端树突通过TA通路接受内嗅皮层投射的信息,由此提示,CA1区锥体细胞对来自海马内部和直接来自皮层的信息输入采用了不同的整合方式。     

突触上与突触外的NMDA受体及其与阿尔茨海默病关系的研究进展

突触上的N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体与学习记忆以及细胞的存活有着密切关系,而定位于突触外的NMDA受体则参与了细胞死亡通路的激活.本文主要从突触NMDA受体的结构和功能出发,阐述突触上与突触外NMDA受体分布的原因,阐明其介导不同信号通路的具体分子机制及其在阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)中扮演的角色.最后,以突触外的NMDA受体为靶点,对AD疾病的治疗提出合理的展望,以期推动对该疾病的研究和治疗.     

大鼠丘脑侧后核到初级视皮层突触传递的短时程可塑性

大鼠丘脑侧后核(lateral posterior thalamic nucleus,LP nucleus)到初级视皮层的突触连接是膝体外视觉通路的重要组成部分.运用场电位记录和电泳的方法在位研究了该视觉回路突触传递的短时程可塑性.结果表明,无论是运用双脉冲刺激还是串刺激都能观察到明显的短时程抑制特性.电泳荷包牡丹碱(bicuculline)和2-hydroxy-saclofen使该抑制作用减弱,电泳钙离子使抑制加强,电泳APV对抑制作用没有明显影响.所以突触前递质释放水平的改变,和γ-氨基丁酸(GABA)能受体（尤其是GABA_B受体）的活动都会影响该回路突触传递的短时程可塑性,而N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体则几乎没有作用.该回路很强的短时程抑制特性可能与LP核在视觉注意中的作用有关.     

PSD-95与脑缺血的关系及其调控机制研究

PSD-95（突触后密度蛋白-95）在突触后密度区含量丰富,具有复杂的结构域,与膜受体、离子通道、细胞粘附因子和信号分子等相互作用聚集成大分子复合物,在突触的可塑性、学习记忆、大脑的病理生理紊乱等起重要作用。PSD-95与脑缺血神经元损伤和凋亡的分子机制有密切联系。脑缺血再灌注后PSD-95在缺血侧皮层的变化表现为PSD．95阳性细胞数的减少和细胞形态的受损改变。抑制NMDA受体活性的治疗策略包括破坏受体本身、钙离子通道阻滞剂、破坏PSD-95／NMDAR相互作用、破坏PSD-95／nNOS相互作用、nNOS抑制剂药物干预。已有研究发现在大鼠大脑中动脉栓塞模型中抑制PSD-95复合体之间的相互作用可以改善脑缺血。实验性的PSD-95抑制剂减少了短时间和长时间局部脑缺血大鼠的梗死面积、并恢复相应的运动功能治疗脑缺血。本文重点研究PSD-95与脑缺血的关系及其调控机制。     

NMDA受体的活化调节原代皮层神经元的Wnt/β-catenin信号通路

经典的Wnt/β-catenin信号通路在中枢神经系统突触形成和功能中发挥重要的调节作用。作为兴奋性神经递质的谷氨酸,与其受体结合,参与许多信号调节活动。为了探讨NMDA受体活化对Wnt/β-catenin信号通路的作用,该文利用18 d的C57小鼠胚胎培养皮层神经元（离体10 d）,用10μmol/L谷氨酸钠（monosodium glutamate,MSG）和50μmol/L N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）处理细胞,通过蛋白免疫印迹技术或者细胞免疫荧光染色分析Wnt/β-catenin信号通路关键成员。结果发现,NMDA受体的活化能使GSK-3β的Ser9位磷酸化水平增加,活性被抑制,胞浆内β-catenin蛋白降解减少,入核增加,激活下游基因表达。这些结果提示,NMDA受体激活能够上调Wnt/β-catenin信号通路。     

N-甲基-D-天氡氨酸受体的分子结构与生理功能

NMDA（N-甲基-D-天氡氨酸）受体是离子型谷氨酸受体的一种亚型,在中枢神经系统的突触传递和突触可塑性调节中起着重要的作用。生物体内已经发现了三种NMDA受体亚基,通过基因的选择性剪切可产生多种亚单位。NMDA受体是一个具有多个结合位点的大分子复合物,其生理特性同异聚体通道的装配密切相关。NMDA受体的异常会导致一些认知功能的缺失,这为治疗性药物开发提供了靶点。