人民網上海8月7日電 （記者姜泓冰） 《細胞》期刊今天在線發表了中科院上海生命科學研究院神經科學研究所於翔研究組題為《樹突棘的協同修剪與成熟由樹突棘間對Cadherin/catenin複合物（簡稱3C複合物）的競爭所介導》的研究論文。該研究揭示了大腦發育進程中存在的「樹突棘之間競爭」的分子機制，即相鄰樹突棘之間對3C複合物的競爭，決定了它們在樹突棘修剪過程中的不同命運——勝者更加成熟與強壯、敗者則被修剪，從而揭示了發育過程中神經環路精確化的新機制和重要規律。
於翔研究員介紹說，我們的大腦由大約一千億個神經元組成，它們通過突觸相互聯接，形成龐大的神經網絡，從而調控我們的感覺、運動、記憶與情感。這個網絡中大部分的興奮性突觸位於神經元樹突上一種名為樹突棘的微結構上。在發育早期，樹突棘的數目與突觸的數目快速增加，當個體進入青春期、神經網絡的複雜度達到一定程度後會進行精確化，從而達到最佳的信息傳遞與儲存效果，表現為總體樹突棘數目的減少。這一「樹突棘修剪」的過程對於大腦正常功能的行使至關重要，在包括孤獨症等發育性神經系統疾病中均發現了樹突棘修剪的異常。不過，對於介導樹突棘修剪過程的分子機制，人們尚難確知。
於翔研究組以與小鼠觸鬚感覺對應的大腦桶狀皮層為實驗範式解析上述問題。發現桶狀皮層的樹突棘修剪受觸鬚感覺經驗的雙向調控，並且該過程與樹突棘形態的成熟協同發生。他們據此推測樹突棘的修剪與成熟是由一種競爭依賴的機制所介導：相鄰的樹突棘同時競爭胞內的某種有限分子資源，獲勝的樹突棘得以存留並變得更加成熟，而敗方則接受被修剪的懲罰。
為了探尋這種分子資源的真實身份，他們在體外培養的海馬神經元體系中進行活細胞成像，並發現在單個樹突棘上局部富集一類細胞粘附分子3C複合物，可以同時導致被刺激樹突棘的增大和相鄰樹突棘的縮小或消失。他們進一步發現通過光遺傳學手段激活單個樹突棘，並與相鄰未激活的樹突棘進行對比，可以模擬在體觀測到的樹突棘命運分化：前者增大而後者則被修剪，並且這一過程依賴於3C複合物在兩個樹突棘中的重新分布。這種樹突棘的命運分化取決於兩個樹突棘之間的物理距離和N-cadherin的動態變化。進一步的實驗證實，局部增加部分樹突棘突觸前的3C複合物水平，可以使它們在神經環路精確化的過程中擁有優勢，更容易存活與成熟；而與其相鄰的，擁有相對較低3C複合物的樹突棘則更多地被修剪掉。此外，神經電活動對於樹突棘修剪和成熟的調控也依賴於3C 複合物的作用。
《細胞》雜誌的審稿者認為，該研究令人印象非常深刻。對（哺乳動物）前腦的樹突棘修剪進行了現象描述，並對其神經電活動依賴性與作用機制進行了探究。基於突觸修剪在腦發育和精神障礙中的重要作用，可以預見該研究的影響將十分深遠。
該課題由博士研究生邊文杰在於翔研究員的指導下完成。課題受科技部973項目、國家傑出青年基金、基金委創新研究群體基金的資助。