神經生物學領域最新研究進展

　　本期為大家帶來的是神經生物學領域最近的研究進展，希望讀者朋友們能夠喜歡。

　　1. Nature：新研究首次揭示抑制年齡相關的神經活動增加竟可延長壽命

　　doi:10.1038/s41586-019-1647-8.

　　在一項針對線蟲、小鼠和人類的研究中，來自美國哈佛醫學院的研究人員發現在整個動物界中，衰老會帶來更多的神經活動，而當這種自然增加受到限制時，個體的壽命可能就會變得更長。他們著重介紹了一種保守性的稱為REST的轉錄因子，它可能是調節這種年齡相關的神經活動的關鍵。相關研究結果發表在2019年10月17日的Nature期刊上，論文標題為“Regulation of lifespan by neural excitation and REST”。

　　美國華盛頓大學圣路易斯醫學院發育生物學家Shin-ichiro Imai（未參與這項研究）說，“這是一篇非常有趣的論文，為我們提供了精神食糧。”

　　在美國韋恩州立大學研究線蟲和果蠅衰老的Joy Alcedo（也未參與這項研究）補充說，“這是一個令人著迷的觀點：隨著人們年齡的增加，我們的神經元可能實際上變得更加活躍，而且簡單地抑制這種神經活動可能就足以延長壽命。”

　　論文通訊作者、哈佛醫學院神經學家和遺傳學家Bruce Yankner說，隨著人們的年齡增長，大腦中的基因表達方式會以非隨機的方式發生變化，從而使得年輕人和老年人可通過其轉錄特征來加以區分。當然，所有老年人都不一樣，有些人健康，有些則不那么健康。Yankner及其同事們對某些表達特征是否與這種差異相關感興趣。

　　這些研究人員并沒有根據健康、壽命或其他任何參數將老年人分為特定的人群，而是讓數據來幫助他們。他們獲得來自數百名已故的老年受試者的額葉皮層的RNA，并通過一種稱為“無監督的分層聚類（unsupervised hierarchical clustering）”的計算過程進行RNA測序讀取。在這種計算過程中，計算機迭代地確定誰與誰最接近。他說，結果就是這些RNA轉錄本數據“自發地分成年齡小于80歲的人和年齡大于85或90歲的人，而且這種分配可在三個不同的隊列中觀察到，因而具有良好的重復性。”

　　通過研究這兩組之間關鍵基因表達的差異，這些研究人員發現相比于較早死去的人，壽命較長的人具有更少的參與神經興奮和突觸功能的基因的轉錄本。

　　為了讓他們的研究超越這種有趣的關聯性，這些研究人員轉向了動物模型。Yankner解釋說，秀麗隱桿線蟲是一種非常方便的研究衰老的生物，這是因為“它們的壽命只有三周左右。”他的團隊發現，較老線蟲的神經元傾向于比較年輕的線蟲具有更快的放電速度，但是在壽命顯著延長的突變線蟲中，神經元活動“幾乎保持沉默”。“這是你能想象到的最柔軟的線蟲。”此外，使用抑制神經活動的藥物會使野生型線蟲的壽命變得更長。

　　美國麻省理工學院神經科學家Li-Huei Tsai（未參與這項研究）說：“我個人認為這是一個非常驚人的結果。當你想到壽命時，它是非常神秘的。你可能會認為它可能涉及許多不同的東西。但請注意，[這些研究人員]僅調節一種東西，這就足以改變壽命。”

　　使用基因工具來關閉線蟲中的興奮性或抑制性神經元，分別會導致更長或更短的壽命，就像增強或抑制一種稱為SPR-4的轉錄因子的水平一樣。

　　SPR-4是線蟲中的哺乳動物轉錄因子REST同源物，其中REST是一種關閉神經基因的轉錄阻遏物。重要的是，在人類受試者中，與在70歲至80歲之間死亡的人相比，活到100歲或以上的人的REST蛋白水平高得多。而且，在經過基因工程改造而缺乏REST的小鼠中，大腦掃描顯示神經活動發生全局性增加。但是，REST對小鼠壽命的影響并未得到研究。

　　Imai說，“如果這些作者能夠發現在增加小鼠大腦中的REST水平時延長它們的壽命，那么這將比線蟲研究更接近于人類。”不過，正如他指出的那樣，針對能夠存活兩年或三年的小鼠的壽命實驗要比線蟲中的困難得多。

　　Imai說，如果這樣的結果能夠被證實，并且其機制能夠被理解，那么這將為潛在地操縱這種系統打開大門，而且“抗衰老干預措施可能在不久的將來成為現實”。

　　2. Science：重大進展！揭示基因Shisa7控制著苯二氮平類藥物的鎮定神經作用

　　doi:10.1126/science.aax5719.

　　在1999年至2017年之間，在美國因過量服用安定（Valium，又稱為苯甲二氮，或地西泮）和其他苯二氮平類藥物死亡的人數增加了10倍。多年以來，科學家們一直認為，這些用于治療焦慮癥、肌肉痙攣和睡眠障礙的強效鎮靜劑獨自地起著鎮定神經的作用。如今，在一項新的研究中，來自美國國家衛生研究院（NIH）的研究人員發現這種對這類藥物及其影響的神經回路的看法可能必須改變。通過研究小鼠，他們發現這可能需要一個“粘性”基因的幫助，這個基因被命名為Shisa7。相關研究結果發表在2019年10月11日的Science期刊上，論文標題為“Shisa7 is a GABAA receptor auxiliary subunit controlling benzodiazepine actions”

　　論文通訊作者、美國國家衛生研究院國家神經疾病與卒中研究所（NINDS）研究員Wei Lu博士說：“我們發現Shisa7在對抑制性神經回路的調節和某些苯二氮卓類藥物對神經回路活性的鎮靜作用中起著關鍵作用。我們希望這些結果將幫助科學家們設計出更有效的治療方法，以治療由這些神經回路出現問題而引起的各種神經系統疾病和神經精神疾病。”

　　Lu實驗室研究了用來控制突觸的基因和分子。整個神經系統中的神經元之間建立了數萬億個突觸或者說通信點。在這項新的研究中，他的團隊與美國國家衛生研究院國家兒童健康與人類發育研究所（NICHD）高級研究員Chris J. McBain領導的一個研究團隊合作，研究了依賴于神經遞質γ-氨基丁酸（GABA）來鎮靜神經的突觸。當一個神經元釋放出大量GABA分子時，這些分子隨后很快就會相鄰神經元表面上稱為A型GABA（GABA type A, GABAA）受體的蛋白檢測到，這就是不同神經元通過突觸進行通信的方式。

　　在這項研究之前，人們曾認為苯二氮卓類藥物單獨地起著增強GABAA受體的神經鎮靜反應。Lu實驗室發現，相反，這些反應可能很大程度上取決于Shisa7基因編碼的蛋白是否附著在GABAA受體上。雖然這些結果最終可以有助于科學家們更好地了解這類鎮靜劑，但是這項研究始于一個關于Shisa7的簡單問題。

　　2004年，日本研究人員最初發現Shisa基因在青蛙頭部的形成中起作用，并以在日本南部的雕像中描繪的一個神話的大頭的保護神的名字命名該基因。

　　像許多科學家一樣，Lu起初認為Shisa7在控制完全不同類型的突觸---它們依賴于神經遞質谷氨酸來激發而不是鎮靜神經元---中起著作用。近期的研究表明，Shisa7與其他Shisa基因編碼的蛋白附著在谷氨酸受體上。一旦附著上，這些“輔助”蛋白就可以控制谷氨酸受體對谷氨酸的反應或它在突觸中的存在。不過，幾年前，Lu團隊在一篇有關Shisa蛋白的科學文章中注意到了一些有趣的東西。

　　Lu說，“我們發現了驚人的結果。該文章表明，Shisa7是似乎這個家族中唯一一種對重要類型的谷氨酸受體活性沒有影響的蛋白。這引起了我們的注意，我們決定仔細研究一下。”

　　為此，NINDS博士后研究員Wenwen Han博士與Lu實驗室的其他研究人員合作，系統性地研究了小鼠神經元中的Shisa蛋白。令他們吃驚的是，他們發現Shisa7似乎在鎮靜神經的GABA突觸中起著獨特而關鍵的作用。

　　在NINDS高級研究員Ling Gang Wu博士實驗室和美國國家研究院國家聾啞與其他交流障礙研究所（NIDCD）Ronald S. Petralia博士實驗室的科學家的幫助下，這些研究人員使用先進的顯微鏡技術發現Shisa7緊密地簇集位于突觸表面的GABAA受體上。通過基因手段剔除神經元中的Shisa7會降低GABAA受體的數量，并降低突觸GABAA受體反應產生的電流強度。

　　進一步的實驗表明Shisa7蛋白直接附著于GABAA受體。電記錄表明Shisa7加快了GABAA受體對神經遞質GABA作出的反應，并使得在存在安定的情況下所產生的反應大小幾乎增加了一倍，這表明這種蛋白使得這種受體對苯二氮卓類藥物更加敏感。

　　McBain博士說：“這些結果表明Shisa7在多種條件（包括在苯二氮卓類藥物的存在下）下直接形成抑制性突觸反應。”

　　最后，針對小鼠的實驗支持了Shisa7也在苯二氮卓類藥物的鎮靜作用中起作用。比如，在一組實驗中，他們測試了安定減少小鼠在面對開放的高架空間時感到高度焦慮的能力。為此，他們將小鼠放置在由兩個交叉的臂狀物組成的高架迷宮的中間。一個臂狀物被遮住，另一個臂狀物處于開放狀態。與先前的研究相一致的是，這些研究人員發現對這些小鼠注射安定會增加野生型小鼠選擇在開放臂狀物上行走的時間，這表明這種藥物減輕了焦慮。相反之下，安定對經過基因改造后缺乏Shisa7基因的小鼠沒有影響。不論是接受安定注射還是接受安慰劑注射，這些缺乏Shisa7基因的小鼠花費了相同的時間來探索開放的臂狀物。

　　在其他實驗中，這些研究人員發現Shisa7還會影響苯二氮卓類藥物的嗜睡和催眠作用。與野生型小鼠相比，缺乏Shisa7的小鼠在接受高劑量安定注射后入睡的可能性要小得多。此外，在安定引起的跌倒后，突變小鼠站起來的能力顯著提高，實際上，一些突變小鼠表現出了對跌倒的抵抗力。

　　Lu說，“我們的結果讓人們注意到諸如Shisa7之類的輔助蛋白的潛在臨床重要性。我們當前使用的許多神經藥物旨在控制突觸受體的活性。這是我們首次發現在開發靶向GABAA受體的新療法時，研究人員可能也想要考慮一下諸如Shisa7之類的輔助蛋白。”

　　他的團隊計劃更詳細地探究Shisa7在抑制性神經回路和其他神經系統疾病中可能發揮的作用。

　　3. Cell Rep：特殊蛋白或在神經變性疾病發病中扮演著關鍵角色

　　DOI:10.1016/j.celrep.2019.09.013

　　近日，一項刊登在國際雜志Cell Reports上的研究報告中，來自倫敦大學瑪麗女王學院等機構的科學家們通過研究對小鼠進行研究發現一種特殊蛋白或在調節大腦炎癥上扮演著關鍵角色，相關研究或能幫助改善科學家們對神經變性疾病發病機制的理解。

　　研究者Miguel Burguillos博士表示，當大腦處于壓力狀態下時，名為TET2的特殊蛋白或能幫助調節大腦中免疫細胞（或小膠質細胞）所產生的免疫反應。盡管神經炎癥在抵御機體感染和應對大腦損傷方面具有重要的有益作用，但過度或慢性炎癥或會殺死患處周圍的神經元細胞，諸如此類神經元的死亡會引發多種神經變性疾病，比如阿爾茲海默病和帕金森疾病等。

　　研究者指出，從小鼠機體中移除TET2能夠有效抑制神經炎性反應；如今研究者知道，TET2能移除來自DNA的特殊化學標記，這種標記能幫助確定基因是否被激活；研究者認為，TET2實際上能夠激活大腦中關鍵的免疫細胞進行表達，與機體其它部位的細胞相比，其在炎性大腦細胞中的表現似乎并不相同。

　　最后研究者表示，盡管這是一項探索性研究，但相關研究結果為深入研究神經變性疾病開辟了一條新的道路，在這些疾病中，由小膠質細胞所驅動的神經炎癥會誘發很多病理學表現，從長遠來看，其或能幫助科學家們開發治療多種神經變性疾病的新型療法。

　　4. Neuron：癡呆癥在大腦神經網絡中傳播的新模式

　　DOI: 10.1016/j.neuron.2019.08.037

　　在一項新研究中，加州大學舊金山分校的科學家使用腦部連接圖譜來預測額顳葉癡呆（FTD）患者腦萎縮的擴散情況，他們提供的最新證據表明，與癡呆癥相關的腦細胞的損失是通過突觸連接建立的大腦網絡而擴散的。該結果提高了科學家對神經退行性疾病如何擴散的認識，并有助于開發新的，有效緩解這類疾病的惡化的療法以及新型的評估手段。

　　UCSF神經學助理教授Jesse Brown博士說：“我們的研究揭示了癡呆癥如何傳播，打開了了解該疾病生物學機制的窗口，即能夠找到我們大腦細胞或神經回路的最脆弱的部分”。

　　FTD是60歲以下人群中最常見的癡呆癥類型，其癥狀體現在語言和行為等方面。與阿爾茨海默氏病一樣，FTD癥狀的多樣性反映出神經退行性疾病在患者大腦中的擴散方式存在顯著差異。這種差異性使得科學家們難以尋找解決腦萎縮的藥物，也難以進行臨床試驗來評估一種新型療法是否有效阻止了疾病的惡化。

　　該研究的資深作者，神經病學和病理學教授William Seeley博士先前的研究揭示了癡呆癥患者大腦中多種形式的腦萎縮模式，這一發現極大地影響了癡呆癥研究領域。

　　在他們于10月14日在《Neuron》雜志上發表的新研究中，Seeley及其同事通過研究基于大腦掃描得到的神經網絡圖，很好地預測了FTD患者腦萎縮的擴散情況。

　　研究人員招募了42名行為變異性額顳癡呆（bvFTD）患者，這是一種導致患者表現出不良社交行為的FTD患病形式，另外30名患者則具有語義變異的原發性進行性失語癥（svPPA），這是主要影響患者語言能力的另外一種FTD形式。在實驗開始前，這些患者均接受“基線” MRI掃描，以評估現有大腦退化的程度，然后在約一年后進行隨訪掃描，以測量其疾病的進展情況。

　　研究人員首先假設，腦退化始于某些特別脆弱的位置，然后擴散到解剖學上相連的大腦區域。 對此，他們首先估計了每位患者的基線掃描所見的腦萎縮開始部位。然后，他們使用相同的標準化連接圖來預測一年后進行的后續掃描中最可能擴散患者腦萎縮的位置，并將這一預測的準確性與其他預測方法的準確性進行比較。

　　他們發現，兩種特殊的連通性測量方法大大提高了他們對給定大腦區域在基線和后續腦部掃描之間出現腦萎縮可能性的預測準確率。一個稱為“到震中的最短路徑（nodal hazard）”，而另一個稱為“節點危害（nodal hazard）”。

　　研究人員表明，平均而言，這兩種網絡連通性指標比現有的預測方法更加準確地預測了疾病向新大腦區域的擴散可能性。在許多情況下，該疾病完全繞過了與已經萎縮的區域相鄰但在解剖學上不相連的大腦區域，而是跳到了功能連接更緊密的區域。

　　該發現除了提供了有關FTD擴散腦萎縮的機制的生物學見解之外，還將為開發治療方法提供信息，例如可以預測科學家們提供有關治療是否有效改變疾病惡化。研究人員還可以更好地預測萎縮將如何在大腦中擴散，以幫助患者及其家屬適應疾病發展過程中可能出現的癥狀。

　　5. Neurology：臨床試驗表明造血干細胞移植可逆轉視神經脊髓炎

　　doi:10.1001/jama.2018.18743.

　　在一項新的臨床研究中，來自美國西北大學費恩柏格醫學院和梅奧診所的研究人員報道造血干細胞移植可逆轉一種使人衰弱的神經系統疾病，這種稱為視神經脊髓炎（neuromyelitis optica）的疾病導致一半的患者在確診后5年內失明和失去行走的能力。大多數患者在接受造血干細胞移植5年后保持良好，并且能夠避免每年花費高達50萬美元的藥物治療。相關研究結果近期發表在Neurology期刊上，論文標題為“Autologous nonmyeloablative hematopoietic stem cell transplantation for neuromyelitis optica”。

　　視神經脊髓炎，以前被歸類為多發性硬化癥（MS）的一種罕見亞型，但如今被認為是另一種疾病。與多發性硬化癥和大多數其他自身免疫疾病不同的是，視神經脊髓炎具有生物標志物AQP4，它與疾病活動度相關。在造血干細胞移植后，患者的血液中不再具有可識別的AQP4。

　　論文第一作者、西北大學費恩柏格醫學院醫學教授、免疫療法與自身免疫疾病負責人Richard Burt博士說，“之前的治療方法均未導致AQP4持續消失，或者讓患者免于治療。”

　　Burt說，“造血干細胞移植和藥物治療之間存在明顯的區別。造血干細胞移植改善了患者的神經功能障礙和生活質量。他們的病情好轉，而且這種疾病標志物在移植后長達五年的時間里消失了。”

　　梅奧診所擁有生物標志物AQP4的ZL，并且與Burt和西北大學合作進行了這種生物標志物分析。

　　在這項臨床研究中，12名視神經脊髓炎患者接受了造血干細胞移植。在移植5年后，在這12名患者中，僅有2人發生疾病復發，不得不重新接受藥物治療。這似乎是造血干細胞移植可以逆轉的第四種慢性疾病。

　　造血干細胞移植的目標是讓有缺陷的免疫系統正常運轉。造血干細胞取自患者的骨髓或血液，然后他們的免疫系統被化療徹底摧毀。接下來，將他們的造血干細胞重新引入患者體內，然后它們在體內遷移到骨髓中，從而讓他們的免疫系統重置。

　　Burt開拓了這一領域。他是在醫學出版物中第一個提出利用造血干細胞移植治療多發性硬化癥的人，是第一個在臨床前動物模型中這樣做的人，也是在美國第一個利用造血干細胞移植治療多發性硬化癥患者的人。Burt還針對系統性硬化癥和多發性硬化癥進行了首批隨機造血干細胞移植臨床試驗，并且取得了非常積極的結果。

　　2019年1月，Burt在JAMA上發表了一項隨機臨床研究，它表明在復發緩解型多發性硬化癥（relapsing-remitting multiple sclerosis）患者中，造血干細胞移植可逆轉神經功能障礙，在5年多的時間里，大多數患者延緩或阻止了進一步的進行性功能障礙，或者出現新的疾病活動的跡象。

　　根據Burt發表的研究，造血干細胞移植逆轉的其他疾病是全身性硬化癥和慢性炎性脫髓鞘性多發性神經病（chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy）。

　　6. Front Neurosci: 炎癥反應可增強神經元對溫度的敏感度

　　DOI: 10.3389/fnins.2019.01009

　　近日，北卡羅萊納州立大學的研究人員發現，炎癥會增加小鼠熱敏感神經元的活動強度，提高基因表達并促進感覺神經（神經突）生長，但不會增加小鼠的身體感覺。這項工作揭示了炎癥誘導的鈣通道基因的過度表達在疼痛超敏反應中的作用。

　　由于多種因素，炎癥通常會引起疼痛超敏反應：疼痛受體表達增加；脊髓中神經遞質釋放的改變；神經元興奮性增強。研究表明，電壓門控鈣通道（VGCC）在所有這些變化中都起著重要作用，因為它們釋放的神經遞質會控制神經元與神經元之間的通訊。

　　“在炎癥狀態下，VGCC在感覺神經元過度活躍或過度興奮中發揮作用。”北卡羅萊納州立大學分子生物醫學科學助理教授，這項工作的主要作者Santosh Mishra說：“另外，由這些通道釋放和控制的鈣分子調節神經突的生長。我們想更仔細地觀察Cav2.2的VGCC的作用，以了解其在炎癥過程中是否增加外周神經突的生長。”

　　在周圍的神經系統中，神經元被調節以產生特定的傷害感受信號。例如，TRPV1和TRPM8感覺神經元與熱和冷等熱感覺相關。另一方面，表達MrgprD和MrgprB4的神經元分別與潛在的損害低閾值機械感覺相關。

　　Mishra的團隊之所以選擇Cav2.2，是因為其在背根神經節（DRG）中表達豐富。研究小組使用體外和體內炎癥小鼠模型，探究了炎癥、Cav2.2活性和傳入神經突生長之間的關系。他們發現炎癥增加了Cav2.2的表達，而Cav2.2的表達反過來又增加了熱敏神經元的傳入神經突生長和活性，但沒有增加機械神經元的神經突生長。

　　Mishra說：“機械神經元中Cav2.2通道的表達沒有增加，因此對這些神經元沒有明顯的影響。” “我們不明白的是，為什么炎癥不會像熱感覺一樣在機械感覺中誘導鈣通道上調。這可能是因為這些神經元在表達Cav2.2 VGCC時沒有那么多，但這是我們需要進一步研究的。”

　　Mishra希望這項工作將幫助科學家更多地了解慢性疼痛的原因，尤其是炎癥引起的周圍神經生長變化是否在從急性疼痛狀態向慢性疼痛狀態的轉變中起作用。

　　這項工作發表在《Frontiers in Neuroscience》雜志上。

　　7. Nat Commun：新技術可觀測到神經突觸中的單個蛋白

　　DOI: 10.1038/s41467-019-12372-6

　　我們的大腦包含數百萬個突觸-這些連接在神經元之間傳遞信息。在這些突觸中有數百種不同的蛋白質，這些蛋白質的功能障礙會導致精神分裂癥和自閉癥等疾病的發生。

　　最近，麻省理工學院以及哈佛大學和麻省理工學院的研究人員現在已經設計出一種新方法，可以以高分辨率對這些突觸蛋白快速成像。使用熒光核酸探針，它們可以標記和觀察無限數量的不同蛋白。在這項研究中，他們對含有數千個突觸的細胞樣本中的12種蛋白質進行了成像。

　　麻省理工學院生物工程學副教授Mark Bathe說：“多重成像很重要，因為即使在同一大腦內，突觸與細胞之間也有很大的差異。”

　　研究人員計劃在下一步使用這種技術來研究突觸，以及阻斷與特定疾病相關基因的表達時會發生什么，以期希望開發出可以逆轉這些效應的新療法。相關研究發表最近的《nature communications》雜志上。

　　突觸蛋白具有多種功能。它們中的許多有助于形成突觸支架，這些支架與分泌神經遞質和處理傳入信號有關。雖然突觸包含數百種這些蛋白質，但傳統的熒光顯微鏡技術僅限于一次最多成像四個蛋白質。

　　為了增加蛋白質的數量，麻省理工學院的團隊基于一種稱為DNA PAINT的現有方法開發了一項新技術。使用最初由馬克斯·普朗克生物化學研究所的Ralf Jungmann設計的這種方法，研究人員使用DNA抗體探針標記了蛋白質或其他感興趣的分子。然后，他們通過傳遞與DNA抗體探針結合的熒光DNA“寡核苷酸”使每種蛋白質能夠被觀察到。

　　DNA鏈彼此之間固有的親和力很低，因此它們會定期結合和解除結合，可以使用超高分辨率顯微鏡對閃爍的熒光進行成像。但是，對每種蛋白質進行成像大約需要半小時，因此無法對大型樣品中的許多蛋白質進行成像。

　　Bathe和他的同事著手創建一種更快的方法，使他們可以在短時間內分析大量樣本。為了實現這一目標，他們優化了DNA探針，使其可以使用所謂的鎖定核酸與DNA抗體更緊密地結合。這樣會產生更亮的信號，因此可以更快地完成成像，但分辨率略低。

　　Bathe說：“當我們在單個神經元孔上進行12或15種顏色處理時，整個實驗需要一個小時，而與之相比，此前的技術需要一整夜的時間。

　　研究人員使用這種技術來標記突觸中發現的12種不同蛋白質，包括支架蛋白質，與細胞骨架相關的蛋白質以及已知標記興奮性或抑制性突觸的蛋白質。他們研究的蛋白質之一是shank3，這是一種與自閉癥和精神分裂癥都有聯系的支架蛋白質。

　　通過分析成千上萬個神經元中蛋白質的水平，研究人員能夠確定往往比其他蛋白質更頻繁地相互關聯的蛋白質組，并了解它們所含蛋白質中不同突觸的差異。此類信息可用于幫助將突觸分類為可能有助于揭示其功能的亞型。

　　研究人員還表明，他們可以測量河豚毒素（TTX）治療神經元后發生的突觸蛋白水平的變化，這種化合物此前被證明可增強突觸連接。

　　“使用常規的免疫熒光法，通常可以從同一樣品中的三個或四個靶標中提取信息，但是通過我們的技術，我們能夠將該數目擴展到同一樣品中的12個不同靶標。我們將這種方法應用于檢查突觸重塑TTX治療后會發生的情況，我們的發現證實了以前的工作，揭示了TTX治療后突觸蛋白的協同上調。”

　　研究人員現在正在使用這種稱為PRISM的技術來研究通過敲除與各種疾病相關的基因如何影響突觸的結構和組成。 對自閉癥和精神分裂癥等疾病患者的基因組進行測序后，發現了數百種與疾病相關的遺傳變異，而對于大多數變異，科學家都不知道它們如何導致疾病。

　　Bathe說：“了解遺傳變異如何影響神經元在大腦中的發育以及它們的突觸結構和功能，是神經科學領域的巨大挑戰。”

　　8. Nature：首次發現神經膠質瘤與健康的神經元形成突觸

　　doi:10.1038/s41586-019-1563-y.

　　在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學的研究人員首次證實嚴重的腦癌可整合到大腦的神經連接中。他們發現稱為高分級神經膠質瘤的腦瘤會與健康的神經元形成突觸，劫持來自健康神經元的電信號，從而促進它們自身的生長。實驗表明利用現有的抗癲癇藥破壞這些電信號可極大地降低人類腫瘤在小鼠體內的生長，這就為一種潛在地治療神經膠質瘤的新方法提供了首個證據。相關研究結果于2019年9月18日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Electrical and synaptic integration of glioma into neural circuits”。論文通訊作者為斯坦福大學醫學院神經病學與神經科學副教授Michelle Monje博士。論文第一作者為斯坦福大學博士后研究員Humsa Venkatesh博士。

　　論文通訊作者、斯坦福大學神經病學與神經科學副教授Michelle Monje說，“高分級神經膠質瘤最致命的方面之一是癌細胞擴散性地侵入正常的腦組織，從而讓腫瘤和健康的腦組織整合在一起。”她補充說，這一發現有助于解釋為什么神經膠質瘤如此難治。“這是一種非常隱蔽的腫瘤類型。它們實際上整合到大腦中。”

　　Monje說，發現腫瘤將自身連接到大腦中是“令人不安的”。不過，她仍然表示，她對這些知識對神經膠質瘤患者意味著什么持樂觀態度。她說，已有幾種藥物可以治療癲癇等電信號障礙，這些藥物可能對神經膠質瘤有用。她說，“這一發現確實充滿希望。我們之前忽略了這種疾病的整個方面。如今，我們有了一條全新的探索途徑，可以補充現有的治療方法。”

　　腦瘤如何生長

　　這項新的研究發現高分級神經膠質瘤與健康神經元形成突觸，從而將電信號傳輸到癌變組織。這些腫瘤還包含稱為間隙連接（gap junction）的細胞間電連接。這兩種類型的連接在一起可以使來自健康神經元的電信號傳導到腫瘤中并在腫瘤中放大。

　　高分級神經膠質瘤包括：膠質母細胞瘤，它是一種成年人中可見的腦瘤，五年生存率為5％；擴散型內因性腦橋神經膠質瘤，它是一種小兒腦腫瘤，五年生存率低于1％；以及其他確診的高分級神經膠質瘤，比如小兒膠質母細胞瘤和在脊髓和丘腦中發生的彌散性中線神經膠質瘤。Monje及其團隊在2015年和2017年發表的研究已表明高分級神經膠質瘤利用正常的大腦活動來驅動它們的生長。

　　為了了解其中的工作機制，這些研究人員首先分析了從新診斷的神經膠質瘤患者中獲取的數千個癌細胞的基因表達。這些癌細胞極大地增加了參與形成突觸的基因的表達。

　　這些研究人員隨后使用電子顯微鏡方法（一種可以揭示細胞解剖結構的微小細節的技術），結果發現神經元和神經膠質瘤細胞之間存在著類似突觸的結構。為了證實這些突觸確實將健康的神經元和惡性神經膠質瘤細胞連接在一起，他們研究了移植到小鼠大腦中的人神經膠質瘤細胞。在神經膠質瘤腫瘤形成后，他們使用了與這些癌細胞表達的熒光標記結合的抗體，從而確認這些突觸進入了這些惡性腫瘤細胞。Monje說，“我們非常清晰地觀察到神經元與神經膠質瘤之間形成的突觸結構。”

　　這些研究人員通過使用來自攜帶人膠質瘤的小鼠的腦組織，測量了電信號進入和通過這種腫瘤的傳輸情況。他們記錄了兩種類型的電信號：持續4到5毫秒的短暫信號，這些信號以神經遞質分子的方式通過突觸連接從健康的神經元傳遞到癌細胞中；持續一到兩秒鐘的連續電信號，這些信號反應了鉀離子穿過腫瘤細胞的細胞膜時傳播的電流。鉀離子電流由來自神經元的信號引起，并通過將癌細胞連接到電耦合網絡中的間隙連接加以放大。

　　這些研究人員還使用染料開展實驗以可視化觀察通過間隙連接連接在一起的細胞， 并使用能夠阻斷間隙連接的藥物來證實這種類似的連接存在于腫瘤細胞之間，并且它們的電耦合。測量鈣離子水平變化的進一步實驗證實這些腫瘤細胞通過間隙連接電耦合在一起。

　　Venkatesh說，“實時鈣成像清楚地表明了這種癌癥是一種電活性組織。在癌癥組織中看到這種現象令人吃驚。”

　　這些研究人員發現大約5～10％的神經膠質瘤細胞會接收突觸信號，大約40％的神經膠質瘤細胞表現出長時間的通過間隙連接加以放大的鉀離子電流，從而使得一半的神經膠質瘤細胞對來自健康神經元的信號作出某種類型的電反應。

　　潛在的藥物療法

　　在通過外科手術移除膠質母細胞瘤之前經測量大腦中具有電活動的人類患者和攜帶人神經膠質瘤的小鼠中，這些研究人員觀察到高度放電性的健康神經元位于腫瘤附近，這一發現可能有助于解釋為何神經膠質瘤患者容易出現癲癇發作。

　　通過使用光遺傳學技術，即依賴激光激活對移植人神經膠質瘤的小鼠體內的癌細胞，這些研究人員證實增加進入腫瘤的電信號可導致更多的腫瘤生長。當神經膠質瘤細胞表達一種阻止這些電信號傳遞的基因時，這能夠很大程度上阻止這些腫瘤的增殖。

　　這項新的研究發現現有的阻斷電流的藥物也降低了高分級神經膠質瘤的生長。一種稱為吡侖帕奈（perampanel）的癲癇藥物可阻止突觸接收端上的神經遞質受體的活性，從而使得移植到小鼠體內的小兒神經膠質瘤的增殖減少50％。甲氯芬那酸（meclofenamate），即一種阻斷間隙連接作用的藥物，可導致腫瘤增殖發生類似的下降。

　　Monje團隊計劃繼續研究阻斷腫瘤內的電信號是否可以幫助患有高分級別神經膠質瘤的人。她說：“這是一個非常有希望的新方向。作為一名臨床醫生，我對此感到非常興奮。”

　　9. Nat Commun：科學家們在脊椎中發現了新的調節肌肉運動的神經信號

　　DOI: 10.1038/s41467-019-10822-9

　　最近一項研究中，通過對海龜神經和肌肉細胞之間的網絡進行研究，哥本哈根大學的研究人員對運動產生和維持的方式有了新的認識。從長遠來看，這一突破可能會有益于ALS和脊髓損傷的治療。

　　來自哥本哈根大學的神經科學系副教授Rune W. Berg等人對神經和肌肉細胞之間的網絡進行了研究，提供了有關運動產生和維持方式的全新見解。相關結果發表在最近的《Nature Communications》雜志上。 在這項研究中，研究小組使用電極探究了烏龜用后腿撓時的脊髓反射特征。這一反射在狗，貓和許多其他哺乳動物中也同樣存在。

　　到目前為止，人們普遍認為肌肉神經元的激活源自某種命令中心，該命令中心一次將信號發送給許多細胞。由于很難找到運動的起源，長期以來一直認為這是決定步伐的核心，就像某種節拍器一樣。但是，我們的數據表明，它實際上可能是一個龐大的網絡。”參與該研究的助理教授HenrikLindén說。

　　為了測試行走的決定中樞小型核心還是大型網絡，研究人員將烏龜運動時相對安靜的節奏與脊柱的快速神經沖動進行了比較。令研究小組驚訝的是，這些測量結果沒有顯示任何相關性。因此，也沒有證據表明多個細胞中的神經信號來自同一來源。相反地，研究人員現在認為神經信號源于一個主要的，分散的細胞網絡，每個網絡僅向少數其他細胞發送信號。該小組隨后將結果復制到模擬的簡單神經系統的計算機模型中。

　　有了這些結果，研究人員在精確地了解實際產生運動的位置和方式方面又邁進了一步。``如果我們對網絡及其運作方式了解不足，那么在治療方面我們會摸索不清。相反，一旦我們了解了網絡分布背后的原理以及哪些細胞類型很重要，我們就可以更好地將神經系統疾病的治療放到正確的軌道上，” Rune W. Berg說。

　　10. Cell：成功繪制出小鼠大腦中1000個神經元的連接圖譜

　　doi:10.1016/j.cell.2019.07.042.

　　在一項新的研究中，來自美國霍華德休斯醫學研究所珍妮亞研究中心的研究人員仔細地解開了1000多個糾纏在一起的神經元，追蹤了每個細胞在大腦中的分支路徑，以確定它的去向和與哪些細胞連接在一起。他們報道，如果端對端放置的話，這些神經元將伸展80多米，大約相當于兩輛校車的長度。相關研究結果近期發表在Cell期刊上，論文標題為“Reconstruction of 1,000 Projection Neurons Reveals New Cell Types and Organization of Long-Range Connectivity in the Mouse Brain”。

　　兩年前，當Jayaram Chandrashekar和他的同事們開始他們的神經制圖工作時，神經科學家對哺乳動物大腦中的哪些區域相互交談有一個大概的想法。但是，大腦中的信息傳遞架構在很大程度上是一個謎。一種完整的神經回路圖可以幫助科學家們更好地理解大腦是如何連接的，以及信息如何通過這種神經回路進行傳播。2017年10月，神經元追蹤項目團隊MouseLight發布了前300個神經元的數據。如今，他們大大擴展了這個數據集，增加了700多個神經元。Chandrashekar說，“這是迄今為止此類神經元的最大數字集合。”

　　隨著時間的推移，該團隊簡化了他們的神經元追蹤過程。首先，他們將病毒注入小鼠大腦，讓少數神經元發光。他們隨后使用光學顯微鏡捕獲被照亮的神經元的高分辨率圖像。計算機程序將2萬個形成的圖像拼接在一起，從而形成小鼠大腦的三維圖譜。Chandrashekar說道，“這就像把兩萬塊樂高積木拼湊在一起。”與霍華德休斯醫學研究所珍妮亞研究中心科學計算小組合作開發的算法和軟件可以幫助科學家們追蹤各個神經元的相互交織的路徑。目前，追蹤單個神經元大約需要一天，但是在幾年前，這需要一到兩周的時間。

　　這些初步數據揭示了關于小鼠大腦如何連接的新線索。在一些大腦區域，神經元聚集成離散的類別。在其他的大腦區域，神經元不能輕易地劃分為特定類型。Chandrashekar說，這對于信息在大腦中傳播的方式意味著什么還不清楚，但這是未來研究的一個目標。

　　盡管如此，小鼠大腦（含有大約7000萬個神經元）的大部分仍然是未知的荒野。霍華德休斯醫學研究所珍妮亞研究中心的Karel Svoboda估計，即使對整個大腦的連接系統有一個模糊的認識---相當于標記重要地標的旅游地圖，你也需要追蹤大約10萬個神經元。

　　到目前為止，MouseLight一直專注于重建霍華德休斯醫學研究所珍妮亞研究中心的科學家們正在研究的一些大腦區域---運動皮層、腦下腳、下丘腦和丘腦---中的神經元。比如，Svoboda使用MouseLight數據識別小鼠中不同的運動控制途徑。

　　不過，該項目仍在不斷發展。MouseLight團隊在線分享了他們不斷擴展的數據集。Chandrashekar希望其他科學家加入他們的神經元追蹤工作。

　　11. Cell：在關鍵時間窗口內靶向激活PV神經元有望治療精神分裂癥

　　DOI: 10.1016/j.cell.2019.07.023.

　　盡管誘發過程發生得更早，但精神分裂癥在成年早期出現，這表明它可能涉及易感個體大腦發育后期期間的病理轉變。在一項新的研究中，通過使用精神分裂癥的遺傳小鼠模型，來自瑞士弗雷德里希米歇爾研究所（FMI）的Pico Caroni及其研究團隊發現與人類患者一樣，特征性的網絡和認知缺陷僅在成年小鼠中出現。他們隨后證實在青春期后期的敏感時間窗口期間，這些缺陷可通過特定治療永久性地加以阻止。相關研究結果近期發表在Cell期刊上，論文標題為“Long-Lasting Rescue of Network and Cognitive Dysfunction in a Genetic Schizophrenia Model”。

　　精神分裂癥影響全世界大約1％的人群。它是一種精神疾病，其特征是思想混亂，信念錯誤，社會關系困難，認知缺陷，運動異常，以及情緒和動機遲鈍。這種嚴重的慢性疾病的一個顯著特征是它的癥狀首先出現在