人類的大腦是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其中多達(dá)860億個神經(jīng)元通過相互連接且高度協(xié)調(diào)的神經(jīng)突觸構(gòu)建出規(guī)模宏大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人類所有的思想、行為、情感和記憶都源自于這個由神經(jīng)突觸介導(dǎo)的電化學(xué)信號網(wǎng)絡(luò)中。

神經(jīng)元之間通過相互靠近的突觸（Synapse）之間傳遞神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行信息交流，一直以來，我們都認(rèn)為這是神經(jīng)元之間傳遞信息的唯一方式。

然而，近期兩項分別發(fā)表在 Nature 和 Neuron 上的研究打破了這個傳統(tǒng)觀念，即一個密集連接的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行不依賴突觸的遠(yuǎn)距離通信，并首次繪制出了模式動物秀麗隱桿線蟲的“無線通訊網(wǎng)絡(luò)”。

具體而言，當(dāng)一個神經(jīng)元釋放一種叫做神經(jīng)肽的分子，并在一定距離外被另一個神經(jīng)元接收時，就會發(fā)生這種無線通信。打個更形象的比方，如果把突觸比作是電腦的網(wǎng)線傳輸，那么這種新型通訊方式就更像是Wi-Fi信號連接。

神經(jīng)肽（Neuropeptides），是由氨基酸組成的短肽，是一種古老、有效且無處不在的信號分子，作為一種獨立于突觸以外的“無線信號”在內(nèi)分泌和神經(jīng)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，調(diào)節(jié)著新陳代謝、痛覺、睡眠和晝夜節(jié)律、情緒和學(xué)習(xí)等多種功能。

然而，盡管神經(jīng)肽在功能上很重要性，但科學(xué)界對于它們何時、何地以及如何在復(fù)雜的大腦系統(tǒng)中發(fā)揮作用卻知之甚少。 

在發(fā)表于 Neuron 的研究中，英國劍橋MRC分子生物學(xué)實驗室的 William Schafer 團(tuán)隊推測，神經(jīng)肽可能存在意想不到的、直接性的神經(jīng)通訊作用。

研究團(tuán)隊在模式動物秀麗隱桿線蟲（C. elegans）的神經(jīng)系統(tǒng)中進(jìn)行測定，哪些神經(jīng)元表達(dá)了某些神經(jīng)肽的基因，而哪些神經(jīng)元又表達(dá)了這些神經(jīng)肽受體的基因。

通過整理分析這些數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊預(yù)測了哪兩個神經(jīng)元可以通過神經(jīng)肽-受體相互作用構(gòu)建點對點的無線通訊，由此構(gòu)建出線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)中基于神經(jīng)肽的“無線通訊網(wǎng)絡(luò)”。不僅如此，他們還對比了神經(jīng)突觸連接圖譜和無線神經(jīng)信號圖譜，并發(fā)現(xiàn)兩者的區(qū)別非常大，證明了這種無線通訊網(wǎng)絡(luò)的存在。

神經(jīng)肽能連接體的構(gòu)建

無獨有偶，美國普林斯頓大學(xué)的 Andrew Leifer 團(tuán)隊最近在 Nature 期刊發(fā)表了的論文，同樣通過研究線蟲的神經(jīng)元活動揭示了這種神經(jīng)元之間無線通訊網(wǎng)絡(luò)的存在。

該團(tuán)隊采用了光遺傳學(xué)技術(shù)，這是一種利用光和光敏感蛋白刺激神經(jīng)細(xì)胞，使其發(fā)送電信號的技術(shù)。研究團(tuán)隊系統(tǒng)地測量了線蟲頭部23433對神經(jīng)元中的信號傳遞，然后對信號如何從一個神經(jīng)元傳播到下一個神經(jīng)元進(jìn)行全腦鈣成像。

線蟲神經(jīng)元的熒光成像

令人疑惑的是，所繪制的神經(jīng)活動圖譜并不符合他們基于突觸解剖結(jié)構(gòu)的預(yù)測模型。對此，研究團(tuán)隊?wèi)岩缮窠?jīng)肽的“無線交流”可能是缺失的那一部分。于是，Andrew Leifer 團(tuán)隊構(gòu)建了一種unc-31基因突變線蟲，這種基因突變線蟲無法通過囊泡釋放神經(jīng)肽。

研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們試圖用光遺傳學(xué)來激活unc-31突變線蟲的神經(jīng)元時，許多神經(jīng)元保持沉默。這表明突變體線蟲中基于神經(jīng)肽的無線通訊直接激活了神經(jīng)元。此外，研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，同時包含基于突觸的“有線通訊網(wǎng)絡(luò)”和基于神經(jīng)肽的“無線通訊網(wǎng)絡(luò)”的綜合模型更能準(zhǔn)確預(yù)測線蟲中的神經(jīng)元活動。

功能檢測結(jié)果不同于基于解剖學(xué)的預(yù)測

神經(jīng)元之間的無線通訊網(wǎng)絡(luò)這一全新觀念的出現(xiàn)也帶來了新的問題，即有多少神經(jīng)肽可以直接導(dǎo)致神經(jīng)元的激活。事實上，在過去，神經(jīng)肽一直被認(rèn)為只是突觸進(jìn)行信息傳遞的“助手”，隨機(jī)地從一個神經(jīng)元“飄向”另一個神經(jīng)元，似乎難以形成有效通訊。如今，這兩項研究表證實了無線通訊網(wǎng)絡(luò)的存在，并且它與基于突觸的有線通訊網(wǎng)絡(luò)同樣重要、復(fù)雜，甚至可能更加多樣化。

因此，如何解析這一復(fù)雜多樣的無線通訊網(wǎng)絡(luò)是目前面臨的一個難題。

有趣的是，近期廣受關(guān)注的“減肥神藥”司格美魯肽（Semaglutide）可以激活體內(nèi)的神經(jīng)肽受體，因此可以用于研究這種“無線通訊網(wǎng)絡(luò)”。

此外，11月17日，李毓龍團(tuán)隊在 Science 期刊發(fā)表論文【3】，報道了一種利用包含熒光報告模塊的第三胞內(nèi)環(huán)（ICL3）嫁接的策略，開發(fā)了一系列神經(jīng)肽熒光探針工具包?？梢詭椭芯咳藛T看到神經(jīng)肽與受體結(jié)合的具體位置，從而幫助研究神經(jīng)元之間的“無線通訊網(wǎng)絡(luò)”。

神經(jīng)肽檢測用熒光傳感器的開發(fā)與應(yīng)用

總的來說，這兩項發(fā)表在 Nature 和 Neuron 的研究發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元之間存在一種基于神經(jīng)肽的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，并繪制了秀麗隱桿線蟲的第一張無線神經(jīng)信號圖譜，為研究神經(jīng)調(diào)節(jié)信號網(wǎng)絡(luò)開辟了新的領(lǐng)域。由于神經(jīng)肽在不同物種中十分保守，因此研究團(tuán)隊推測這種無線通訊網(wǎng)絡(luò)在人類及其他物種中都是相似的。

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