研究團隊透露，基于本項研究成果，未來將在利用樹突分枝上突觸構(gòu)象變化作為生物學標志物，篩選抗腦衰老和神經(jīng)退行性疾病的藥物，開展這些新篩選藥物的臨床前動物實驗，并推動臨床試驗和轉(zhuǎn)化工作。(完)

研究團隊指出，值得注意的是，這種調(diào)控是動態(tài)且可逆的，其突觸構(gòu)象轉(zhuǎn)換的時間尺度在幾十分鐘到幾個小時范圍內(nèi)，與短時記憶的時間尺度相似，提示突觸構(gòu)象的動態(tài)轉(zhuǎn)換可能對短時記憶形成和消除過程中的信息更迭具有重要意義。此外，低鎂離子水平對應的突觸構(gòu)象特征與大腦衰老及神經(jīng)退行性腦疾病過程中的突觸變化特征相似(即突觸數(shù)量降低、突觸傳遞強度增加、突觸結(jié)構(gòu)大小增加)，提示調(diào)控神經(jīng)元細胞內(nèi)鎂離子水平可能會有助于對抗大腦衰老及神經(jīng)退行性疾病。

emc体育官网中新網(wǎng)深圳4月24日電 (王之康郎一琳)依托中國科學院深圳先進技術(shù)研究院等建設(shè)的新型研究型大學——深圳理工大學(籌)4月24日發(fā)布消息說，其生命健康學院助理教授周航研究團隊與合作者通過大量實驗研究，首次明確揭示大腦海馬區(qū)神經(jīng)元樹突分枝上突觸群體結(jié)構(gòu)與功能的組織原則，提出用來精確描述突觸群體沿樹突分枝的時空分布模式的新概念——“突觸構(gòu)象”。

研究團隊介紹說，他們首先在單突觸水平上對大腦海馬區(qū)椎體神經(jīng)元樹突分枝上的突觸進行系統(tǒng)研究，綜合運用單突觸囊泡功能成像、單突觸鈣成像、基于序列掃描電鏡的突觸三維重構(gòu)、動物行為學等方法，揭示出神經(jīng)元樹突分枝上突觸群體的組織原則，即單位面積樹突分枝上的突觸傳遞總強度在基礎(chǔ)狀態(tài)下總是相對恒定的。

這項生命健康領(lǐng)域重要基礎(chǔ)研究成果論文，近日在施普林格·自然旗下學術(shù)期刊《自然-通訊》(Nature Communications)發(fā)表，對于理解學習與記憶的生物學本質(zhì)、研發(fā)抵抗大腦衰老及神經(jīng)退行性疾病的新型藥物與治療方法具有重要的基礎(chǔ)科學和轉(zhuǎn)化意義。

因此，研究團隊認為，突觸構(gòu)象決定了神經(jīng)元樹突分枝的功能特異性，而不同構(gòu)象(作為一種新型生物標志物)則表征了樹突分枝不同的神經(jīng)計算與信息處理能力。

事實上，研究團隊還在整體動物水平上驗證了這一發(fā)現(xiàn)，證實通過口服一種能夠促進大腦中鎂離子水平上升的化合物(左旋蘇糖酸鎂)可以改善老年大鼠(26月齡)的學習與記憶能力，并且顯著阻止腦衰老過程中突觸總體數(shù)量變少、結(jié)構(gòu)大小增加的趨勢。

具有前一類突觸構(gòu)象的樹突分枝的計算特性表現(xiàn)為突觸傳遞效率高、可塑性低、編碼容量低，從而利于信息的存儲和保持，與記憶能力密切相關(guān)；而具有后一類突觸構(gòu)象的樹突分枝則突觸傳遞效率低、可塑性高、編碼容量高，更利于信息的編碼，與學習能力密切相關(guān)。

該研究證明突觸構(gòu)象是樹突分枝的計算功能特異性的決定因素和新型生物標志物，發(fā)現(xiàn)一種調(diào)控突觸構(gòu)象的關(guān)鍵內(nèi)源性因子及其背后的分子通路，并通過調(diào)控該通路預防老齡化導致的動物學習與記憶能力衰退。

在這一原則之下，突觸群體沿樹突分枝的時空分布模式呈現(xiàn)出連續(xù)變化的構(gòu)象，其中兩類典型的構(gòu)象表現(xiàn)分別為“突觸數(shù)量少、傳遞強度高”和“突觸數(shù)量多、傳遞強度低”。

研究團隊隨后進一步對“樹突分枝上的突觸構(gòu)象是如何被調(diào)控的”進行研究，在機理上首次發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)鎂離子是決定突觸構(gòu)象的關(guān)鍵內(nèi)源性分子，并詳細闡明了其背后的分子通路：上調(diào)細胞內(nèi)鎂離子水平，能夠在樹突分枝上增加突觸數(shù)量、減小突觸傳遞強度、增加突觸可塑性和編碼容量；反之，下調(diào)鎂離子水平，則會減少突觸數(shù)量、增加突觸傳遞強度、減小突觸可塑性和編碼容量，從而實現(xiàn)單一內(nèi)源性因子對樹突分枝計算特性的調(diào)控。