Cell子刊：活体观察突触的形成

Oregon大学的科学家们通过转盘扫描显微镜，对斑马鱼胚胎发育进行了观察，解析了中枢神经系统的突触形成机制。文章提前发表在Cell旗下的Cell Reports杂志上。

突触形成是一个复杂的过程，需要招募和装配大量蛋白。此前，人们并不了解突触形成时，相关蛋白的转运和招募机制。现在，科学家们通过活体成像，展现了突触组成元件到达突触形成位点的过程。

斑马鱼一直是研究早期发育和人类疾病的重要模式生物。研究人员在斑马鱼的透明胚胎中发现，携带蛋白的囊泡沿着轴突运输，有序到达突触形成位点。这是首次在活体脊椎动物中，对谷氨酸驱动的突触形成进行观察。

脊椎动物的绝大多数突触形成，都使用谷氨酸作为神经递质，若这一过程遭到破坏，就可能引发孤独症、精神分裂症和智力低下等疾病。

研究人员使用免疫荧光标记，对还不到24小时的斑马鱼胚胎进行研究。尽管这些胚胎还不足一毫米长，但其脊髓中的神经元已经开始形成突触连接。研究人员进行了持续两小时的观察，每三十秒成像一次。

“如果我们对人类发育做类似观察会发现，皮层内大多数突触的形成过程，自出生起会持续两年左右，”Oregon大学的生物学教授Philip Washbourne说。

2000年曾有体外研究，鉴定了一个运输突触相关蛋白的囊泡。而2004年的一项研究认为，负责运送蛋白的是另外两种囊泡。在这项研究中，研究者们通过长时间的活体观察得出了结论，至少存在三个这样的运输囊泡，而且可能还有更多。

“神经元的轴突很长，我们可以把它们视为蛋白运输的高速公路。人类的轴突可以达到一米长，从脊髓一直延伸到大脚趾，” Washbourne说。“细胞体中合成的蛋白，需要沿着轴突运输出去，而我们的研究展示了这一过程的复杂性。”

负责运输的三种囊泡分别是：运送突触蛋白Synapsin的囊泡， STV囊泡和PTV囊泡。研究显示，这三种囊泡的招募和装配是有序的，而且这种顺序至关重要。其中STV先于PTV，而synapsin囊泡总是第三。此外研究人员还发现，细胞周期蛋白依赖性激酶Cdk5能够特异性调节synapsin囊泡的招募。

“了解这些过程，可以帮助我们理解与神经发育有关的疾病，”Washbourne说。“我们发现，与孤独症有关的基因参与了这些过程，进一步的深入研究有望找到新治疗靶点，以校正相关基因上的突变。”