不只是突触连接，科学家发现神经细胞之间还存在无线连接
2023-12-03 20:23
研究表明，神经细胞能够利用神经肽分子进行长距离的“无线通信”。在最近的两项研究中，科学家首次揭示了一种线虫神经系统的“无线网络”，为理解神经系统提供了一个全新的视角。
神经系统是由神经细胞组成的复杂网络，它们通过突触 —— 神经细胞相互接触的部位 —— 将信息从一个神经细胞传递到另一个神经细胞中。
然而，最新的研究发现，神经细胞之间的通信不仅可以借助突触，还可以借助长距离的“无线网络”。这种网络利用的是一种叫做神经肽（neuropeptide）的分子，这种分子可从一个神经细胞中释放出来，然后经过较长的距离之后，被另一个神经细胞所吸收。
这种通信形式的存在，可能会改变我们对神经系统信息传递的理解，也可能为开发新的药物和治疗方法提供新的思路。
线虫中的“无线网络”
为了探索神经细胞的“无线通信”，两支科研团队分别使用了不同的方法，研究了一种线虫 —— 秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）。这种线虫只有 302 个神经细胞，但它们可以表现出复杂的行为，如学习、记忆和社交等。秀丽隐杆线虫的神经系统已经被详细地绘制出来，包括它们的突触连接，但它们的神经肽通信却鲜为人知。
秀丽隐杆线虫拥有 302 个神经细胞（绿色部分），科学家可以使用荧光蛋白对其进行标记和研究。（图片来源：Heiti Paves）
由英国剑桥 MRC 分子生物学实验室的神经科学家威廉・沙弗（William Schafer）领导的团队，分析了秀丽隐杆线虫神经系统中哪些神经细胞具有可表达神经肽的基因，以及哪些神经细胞具有可表达神经肽受体的基因，并以此来预测哪些神经细胞对可通过神经肽进行通信。
利用这些数据，该团队生成了一张秀丽隐杆线虫的潜在“无线连接”地图，发现连接密集的区域与秀丽隐杆线虫的解剖学连线图非常不同。他们的研究结果发表在《神经细胞》（Neuron）杂志上。
另一支由美国普林斯顿大学的神经科学家安德鲁・莱弗（Andrew Leifer）领导的团队，通过检测神经细胞活动，研究了信号是如何在秀丽隐杆线虫的神经系统中传递的，并揭示了“无线网络”的贡献。
该团队利用了光遗传学，这是一种使用光和光敏蛋白来触发神经细胞，使它们发送电信号的技术。研究人员逐一激活了秀丽隐杆线虫的 302 个神经细胞，然后对信号如何从一个神经细胞传递到另一个神经细胞进行了成像记录。
研究人员发现，仅基于秀丽隐杆线虫的突触连接情况，并不足以解释所有的神经活动记录。他们怀疑神经肽通信是缺失的部分。于是，研究人员利用基因工程，制造了一种缺乏这种信号类型所必需的蛋白质的线虫，并发现当他们试图用光遗传学激活其神经细胞时，许多神经细胞保持沉默。这表明，秀丽隐杆线虫中的神经肽通信能够直接激活神经细胞。
而且，当研究人员开发了一个描述秀丽隐杆线虫中神经细胞活动的模型时，他们发现，一个同时包含突触连接和神经肽通信的模型，比仅依靠突触连接的模型更好地预测了线虫中神经信号的传递。该团队的研究结果发表在《自然》（Nature）杂志上。
理解神经系统的新视角
这两项研究首次揭示了秀丽隐杆线虫的神经肽通信的完整网络，表明它与突触信号网络同样重要。这种“无线网络”或许能够调控线虫的许多行为，如运动、进食和生殖等。
因为神经肽几乎存在于地球上的所有动物中，一些研究人员推测，人类以及其他动物都可能存在类似的“无线网络”。沙弗和他的同事计划在其他生物中开展类似的研究，旨在弄清神经肽网络与突触网络是如何协同作用，影响一个生物行为的。
此外，一些药物，如当下流行的减肥治疗药物司美格鲁肽（semaglutide），能够激活人体内的神经肽受体。所以，理解神经肽通信有助于理解这些药物的作用机制，也可能为开发新的药物和治疗方法提供全新的思路。
总之，这两项研究提醒我们，神经系统的信息传递并非只有突触这一种方式，还有其他的途径，我们需要用全新的视角去理解神经系统。
参考文献：
https://doi.org/10.1016%2Fj.neuron.2023.09.043
https://doi.org/10.1038%2Fs41586-023-06683-4
不只是突触连接，科学家发现神经细胞之间还存在无线连接
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