复旦大学科学家发现大脑神经网络形成新机制

文卓

复旦大学脑科学研究院马兰教授研究团队经3年多研究，最近发现一种在体内广泛存在的蛋白激酶GRK5，在神经发育和可塑性中有关键作用。马兰研究组的这一发现揭示了GRK5在神经系统中的功能，以及调节神经元形态和可塑性的新机制，也给神经元发育异常引起的孤独症和唐氏综合症等疾病的治疗和药物研发提供了新的思路。该研究成果新近刊登在国际著名学术刊物《细胞生物学杂志》上，被该刊选为研究亮点和封面论文，并被国际医学和生物论文评价系统“Faculty of 1000”选为“必读”论文，《科学》杂志子刊《科学 信号传导》撰文予以重点介绍。

　　神经元又称神经细胞，是构成神经系统结构和功能的基本单位。大脑是最复杂和奇妙的器官，脑内千千万万个神经元是形成情感、记忆以及意识等脑功能的基础和基本单元。神经元之所以具有这样神奇的功能，是由于它们所特有的极其特殊的“极化”形状，即神经元能从胞体伸出特殊的细长突起，轴突和树突，每个神经元可以有一个轴突和多个树突，不同神经元之间通过这些突起相互联结形成复杂的神经环路和网络，从而传递和储存信息。

　　脑神经网络的形成和重塑依赖于神经元的形态生成和动态变化。神经元细胞骨架重构和细胞质膜的变形两者均在神经元形态生成和动态变化中发挥重要作用，但是神经元是如何协调细胞质膜的变形和细胞骨架的重构，从而促进神经突起的生长和神经元之间的联系？一直是难解之谜。

　　马兰研究组青年研究人员陈跃军、王菲菲、龙慧等巧妙地通过生物化学、细胞和动物实验得到了一个出人意料的答案：原来人们一直认为蛋白激酶GRK5是通过催化受体磷酸化发挥重要作用的，其实，GRK5还可以通过另外的方式在神经系统发挥着桥梁的作用，即GRK5的一端可与脑内细胞骨架结合，引起细胞骨架重构，它的另一端可通过结合脑内神经元细胞膜上特异的磷脂“PIP2”，把重构的细胞骨架引导到PIP2富集的细胞质膜区域，从而协调细胞骨架重构和细胞膜的变形，促进神经元的形态变化和神经元之间连接的形成。他们的研究证明，GRK5的这种桥梁作用对于神经元的正常发育和神经网络的正确形成非常重要。如果小鼠缺乏GRK5，就会表现出明显的记忆差、学习慢等障碍。

　　陈跃军告诉记者，很多影响认知的疾病，比如孤独症，精神发育迟缓，脆性综合征，唐氏综合症等都伴有神经元形态发育的异常。他们的这一研究发现GRK5具有促进神经元形态发育的新功能，证明GRK5是一个促进神经网络形成、调节脑学习记忆等功能的重要蛋白质，为神经元发育异常引起的精神障碍的治疗和药物研发提供了新靶点。