Nature惊人发现：神经元通讯无需突触

　　

生物通报道：十一月二十一日的Nature杂志上发表了一项新研究，显示果蝇触须中相邻的嗅觉神经元可以相互阻断，即使二者并没通过突触直接相连。这种通讯手段被称为ephaptic coupling，神经元通过电场使其邻居沉默，而不是通过突触传递神经递质。

“Ephaptic coupling这一理论已经有很长的历史，不过人们还不清楚这种相互作用如何影响真实的生物行为，”领导该研究的耶鲁大学生物学家John Carlson说。“这一领域还是一块处女地。”

2004年法国国家农业科学研究院INRA的Jean-Pierre Rospars就曾预测，这类神经元可能存在于果蝇的感觉器官。黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）触须中的嗅觉神经元位于充满液体的sensilla感受器。每个感受器包含二到四个神经元，这些神经元分别对应不同的气味，并且以特定方式组合起来。“例如草莓味神经元总是与梨味神经元搭配在一起，”Carlson说。“这些神经元都很有特色，正因如此我们才能够了解其组合形式。”

Carlson的学生Chih-Ying Su针对ab3感受器进行了研究，这种感受器包含两个神经元：对水果己酸甲酯敏感的ab3A，和检测香蕉味2-庚酮的ab3B。研究人员将果蝇暴露在稳定的己酸甲酯气流中时，A神经元保持活性。随后研究人员吹入短暂的2-庚酮气流，B神经元开始峰放电，而A神经元突然关闭，反之亦然。Su发现同样的现象也发生在果蝇另外四种感受器和疟蚊Anopheles gambiae的一种感受器中。

尽管感受器中的神经元并不通过突触相连，但它们之间存在着明显的相互作用。Su进行了进一步实验来验证这一点，他采用了阻断突触通讯的化合物，发现尽管相邻神经元的峰放电模式并不协调，尽管切断了触须与任何中枢神经的联系，这些神经元还是可以相互抑制。这些神经元很可能通过周围的液体来通讯，当一个神经元被激活时，它生成电场直接改变了通过另一神经元的离子流，并关闭了其电活动。

人们曾经在大鼠小脑中的神经元（Purkinje cell浦肯野细胞）发现过ephaptic coupling现象，不过没人知道这种相互作用有何影响，而现在研究显示这类作用足以影响果蝇的行为。

随后研究人员对另一种感受器进行了研究，这种感受器中的一个神经元吸引着果蝇对苹果醋的注意力，而另一个神经元让果蝇规避二氧化碳。Su阻断了醋味神经元的信号传导，使果蝇不被醋所吸引，但仍保持果蝇对二氧化碳的厌恶。随后他把这些果蝇放到迷宫中，迷宫的两条路都有二氧化碳，不过其中一条也有醋味，这时果蝇会选择有醋味的路。但在没有二氧化碳的情况下，果蝇并不会选择有醋味的道路。研究指出，尽管切断了果蝇醋味神经元与大脑的联系，这种神经元依然可以抑制附近的二氧化碳神经元，当空气中同时含有两种化合物时，果蝇不再排斥二氧化碳。

这项研究可能彻底改变人们对化合物感知的理解，例如嗅觉和味觉。多年以来，人们认为大脑负责整合各种神经元的应答，而神经元负责检测不同化学物质。而这项研究显示，果蝇神经元能够通过ephaptic coupling在信号传到大脑之前处理嗅觉信息。

同样的情况也可能存在于人体内，举例来说，我们味蕾中神经元的组织形式就与果蝇感受器类似。在我们享用食物时，是否发生着ephaptic coupling呢？“这一启示很有趣，我希望人们能在这方面进一步深入研究，”Carlson说。

Carlson指出，这项发现也具有实用价值，传播疾病和以农作物为食的害虫都是通过嗅觉来寻找宿主和食物。“在现实世界嗅觉非常重要，”他说。“如果能够通过激活其他神经元来抑制害虫寻找宿主或农作物，将会有很大帮助。”

 

（生物通报道：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Non-synaptic inhibition between grouped neurons in an olfactory circuit

Diverse sensory organs, including mammalian taste buds and insect chemosensory sensilla, show a marked compartmentalization of receptor cells; however, the functional impact of this organization remains unclear. Here we show that compartmentalized Drosophila olfactory receptor neurons (ORNs) communicate with each other directly. The sustained response of one ORN is inhibited by the transient activation of a neighbouring ORN. Mechanistically, such lateral inhibition does not depend on synapses and is probably mediated by ephaptic coupling. Moreover, lateral inhibition in the periphery can modulate olfactory behaviour. Together, the results show that integration of olfactory information can occur via lateral interactions between ORNs. Inhibition of a sustained response by a transient response may provide a means of encoding salience. Finally, a CO2-sensitive ORN in the malaria mosquito Anopheles can also be inhibited by excitation of an adjacent ORN, suggesting a broad occurrence of lateral inhibition in insects and possible applications in insect control.