继Science文章后 蒲慕明研究组再发新文章

　　

生物通报道：中科院神经科学研究所所长蒲慕明主要研究的方向包括神经环路的可塑性，从神经可塑性到大脑的发育。近期其国内外研究团队又获得了重要研究进展。

研究人员首先发现了cAMP和cGM之间的局部，长时程对应调控作用，这两种信号通路相互拮抗，相互制约，共同调节着细胞的正常生理功能。这一研究成果公布在Science杂志上。

环磷酸腺苷(cAMP)和环磷酸鸟苷(cGMP)是两种重要的第二信使，cAMP和cGMP信使体系是由受体、环化酶，以及偶联于两者间的G蛋白组成的多种活性蛋白的传递系统。大多数多肽激素和胺类激素、神经递质等第一信使都是通过这个体系传递信息的。当这些第一信使配体与相应受体结合后，诱发受体分子构象改变，G蛋白把受体与环化酶偶联在一起，并控制该酶的活性，进而影响第二信使的生成。

之前的研究表明cAMP和cGMP能介导一些体外因素引起的拮抗细胞行为，比如离子通道，细胞容量调控，以及轴突引导。在这篇文章中，研究人员发现存在于海马培养神经细胞中未分化的轴索中的局部cAMP和cGMP，能分别促进和抑制轴突的形成，而且在树突形成过程中，这两者也是起到相反的作用。

研究人员进一步利用FRET技术发现cAMP表达量的改变，能通过激活一些特异性磷酸二酯酶（phosphodiesterase）和蛋白激酶的活性，导致cGMP相反的变化，这些研究成果说明，cAMP和cGM的局部，长时程对应调控能合作确保一个轴突和多个树突之间的协同生长。

神经调节维系着人体生命活动，它的正常活动一刻也离不开cAMP和cGMP信使体系。这两种信号通路相互拮抗，相互制约，共同调节着细胞的正常生理功能。两者的平衡，是人体健康的保障；两者的失衡，则导致疾病的发生。

另外一篇文章中，研究人员在《The Journal of Neuroscience》上发表了听皮层的调频声音方向选择性形成的突触机制的最新发现，揭示初级听皮层的调频方向选择性建立的多重突触机制。

在自然环境中，许多声音都具有调频（frequency modulation）特性，即声音频率在一定的频谱范围内变化。这种声音频率在不同方向（如低频到高频的升频声音，或高频到低频的降频声音）、不同速率上变化的调频特征在动物和人类语音交流中普遍存在，并携带了重要的语音信息，为动物叫声和人类语言的识别提供了至关重要的特征信息。在大脑的听觉信息传递通路中，包括初级听觉皮层在内的一些功能核团的神经细胞表现出对声音频率变化（调频）方向的强选择性。这与视觉中枢中视觉神经细胞对物体移动方向的偏好性相类似。人们一直在探索是什么神经机制促使大脑感觉细胞表征这些外界信息中方向特征，进而来高效地编码和处理外界感觉信息。

在这篇文章中，研究人员通过对大鼠初级听皮层的在体膜片钳电生理研究，揭示初级听皮层的调频方向选择性建立的多重突触机制：包括（1）声音激活的兴奋性突触输入的时间延迟在声音频率象限上有规律的变化；（2）兴奋性和抑制性输入的感受野在声音频段上的差异分布，即不同频段声音差异性地激活抑制性和兴奋性输入。这项研究直接地验证了存在已久的感觉神经元方向性特征建立的通用突触机制模型，也为了解大脑感觉处理信息的工作机制提供了实验基础。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Endocannabinoid-Dependent Homeostatic Regulation of Inhibitory Synapses by Miniature Excitatory Synaptic Activities

Homeostatic regulation of synaptic strength in response to persistent changes of neuronal activity plays an important role in maintaining the overall level of circuit activity within a normal range. Absence of miniature EPSCs (mEPSCs) for a few hours is known to cause upregulation of excitatory synaptic strength, suggesting that mEPSCs contribute to the maintenance of excitatory synaptic functions. In the present study, we found that the absence of mEPSCs for 1-3 h also resulted in homeostatic suppression of presynaptic functions of inhibitory synapses in acute cortical slices from juvenile rats, as suggested by the reduced frequency (but not amplitude) of miniature IPSCs (mIPSCs) as well as the reduced amplitude of IPSCs. This homeostatic regulation depended on endocannabinoid (eCB) signaling, because blockade of either the activation of cannabinoid type-1 receptors (CB1Rs) or the synthesis of its endogenous ligand 2-arachidonoylglycerol (2-AG) abolished the suppression of inhibitory synapses caused by the absence of mEPSCs. Blockade of group I metabotropic glutamate receptors (mGluR-I) also abolished the suppression of inhibitory synapses, consistent with the mGluR-I requirement for eCB synthesis and release in cortical synapses. Furthermore, this homeostatic regulation also required eukaryotic elongation factor-2 (eEF2)-dependent protein synthesis, but not gene transcription. Activation of eEF2 alone was sufficient to suppress the mIPSC frequency, an effect abolished by inhibiting CB1Rs. Thus, mEPSCs contribute to the maintenance of inhibitory synaptic function and the absence of mEPSCs results in presynaptic suppression of inhibitory synapses via protein synthesis-dependent elevation of eCB signaling.