中国科学院上海生命科学研究院 神经科学研究所 树突发育与神经环路形成研究组

研究方向
哺乳动物脑内的神经元具有形态复杂的树突结构，这些结构通常是区分各种细胞类型的重要特征。由于树突是接受神经信号传入的主要部位，树突树状分支的发育对突触信号的输入、处理以及神经环路的形成起重要的作用。因此，树突的形态发生以及其在损伤、疾病状态下的改变，是关系到整体脑功能的基本问题。本研究组着重研究在发育过程中起重要作用的细胞外信号(神经活动、Wnt 信号、类固醇激素等)调节树突形态和突触功能的机制。

Wnt 信号是一个古老的、进化上保守的细胞外信号：从线虫和果蝇到小鼠和人类，它在多种动物的胚胎发育和器官形成中起重要作用。于翔博士近期的工作表明，Wnt 信号的传导分子 β-catenin 蛋白，及由 cadherin，β-catenin 和 α-catenin 组成的细胞粘附复合物，是调节树突形态的重要介导物。在分离的海马神经元中增加细胞内 cadherin/catenin 复合物的含量可以增强树突的树状分支程度；相反，过表达 Ncad(intra)，一种可隔离阻断 β-catenin 功能的分子，则导致树突分支末端数目的减少，并且阻止模拟神经活动或激活 Wnt 信号传递所引起的树突形态发生的增强。实验结果还显示，模拟神经活动的增强(增加细胞外液钾离子的浓度，从而使神经元去极化)可以提高细胞培养液中的 Wnt 活性，显示神经活动可能调节 Wnt 的基因表达。正在开展的工作表明：提高 β-catenin 分子的水平可模拟神经活动增强导致的 mEPSC (miniature excitatory post-synaptic current，微小兴奋性突触后电流)的幅度减小和兴奋性突触的稳态平衡 (homeostasis)。这些结果显示， β-catenin 不仅在影响树突发育的信号通道中是神经活动的靶蛋白，而且在调节突触功能的机制中也是神经活动的重要下游蛋白，为研究神经元调节突触功能的分子机制提供了重要的工具。

本研究组正在开展的研究包括：

• 阐明神经活动、Wnt 信号等有生理意义的细胞外信号调节树突发育的胞内信号传导机制及多条通路之间的信号整合机制
• 研究树突形态发生如何影响兴奋性和抑制性突触的功能及神经环路的形成
• 通过体内研究，检测离体实验中发现的多种调节树突形态的分子，在整体动物的神经系统发育过程中是否有重要影响
• 运用转基因动物和行为学实验，检测树突形态的变化是否影响神经环路的功能，并研究树突形态发生的缺陷是否导致发育性神经疾病的重要因素

简而言之，本研究组将通过体内和体外研究，结合分子生物学、光学成像、电生理学等手段阐述树突形态发生的分子机制及其对突触功能和神经环路形成的影响。这些研究结果将更清晰地阐明树突发育和神经环路形成的分子机制，并将有助于对发育性神经疾病的理解。