VTC Fralin生物医学研究所教授Michael Fox领导的一个研究小组发现了一种能够产生19号胶原蛋白的脑细胞，而这种胶原蛋白是形成大脑中抑制回路的关键成分。
这项研究发表在了《神经科学杂志》上，研究中描述了一种先前未知的健康大脑发育的潜在分子机制。该研究结果或将为科学家们开发成熟或修复细胞网络以及缓解疾病的新药奠定基础。
VTC Fralin生物医学研究所教授、弗吉尼亚理工学院神经科学学院院长Michael Fox领导了一项研究，该研究也许能揭示癫痫发作和精神疾病的分子基础。图片来源：弗吉尼亚理工大学
神经元和胶质细胞是脑细胞中最为丰富的两类细胞。胶质细胞，特别是星形胶质细胞，能够释放信号分子，从而支持健康突触（神经元间的化学通讯结构）的生长和维持。但在该研究中，Fox的研究小组发现了一种中间神经元，这种神经元能解释和传递来自其他神经元的信息，并且生成了绝大多数的能够刺激突触形成的脑源性胶原蛋白19。
Fox同时也是弗吉尼亚理工大学科学院神经科学学院的主任，他说：“之前的许多研究都致力于寻找星形胶质细胞的类中间神经元作用，而我们却意外地发现了一种中间神经元的类星形胶质细胞作用。”
在之前的研究中，研究团队发现，缺乏编码19号胶原蛋白基因的老鼠，其大脑海马体和新皮层的神经元细胞体周围，会出现抑制性突触丢失的现象。人类大脑的这些区域负责的是认知功能，如：推理、语言、感知、记忆和学习。而这些区域也被证明能够影响老鼠的感觉、记忆和学习。
有这种基因突变的老鼠更容易出现癫痫发作和行为异常，也许是因为上述脑区神经元之间的过度兴奋性连接。该基因也与人类的神经精神疾病有关。尤其值得一提的是，研究者认为人类这种基因的缺失可能与家族性精神分裂症有关，美国国家精神卫生研究所的统计数据显示，精神分裂症是一种困扰了200多万美国人的脑部疾病。
但是Fox早前对19号胶原蛋白重要性的发现也引发了另外一个问题：这种蛋白质是从何而来的呢？在这项新研究中，科学家们利用核糖探针（一种与RNA互补片段结合的核糖核酸（RNA）小片段），在正常小鼠、野生型小鼠和基因突变的小鼠身上寻找不同的细胞类型标记。通过该种方法的实验，研究者发现脑源性19号胶原蛋白主要由一种中间神经元产生。
这种中间神经元是最早在新皮层发育的一类神经细胞，它有助于周围突触回路的成熟。这类中间神经元释放出19号胶原蛋白分子后，这些蛋白质会充当指示另一种丰富的中间神经元产生抑制性突触的信号。
Fox说：“在我们最初提出这个建议的时候，有些人认为一个神经元在没有发生突触耦合的情况下会影响另一个细胞的发育，这种提法太牵强了。”
胶原蛋白大约占一个人体重的百分之二十，它是包裹器官、肌肉和细胞结构的结缔组织基质。由于胶原蛋白分子的结构异常复杂，所以即使是一个非常微小的基因变异也会改变蛋白质的形状，这会使得胶原蛋白分子成为无用的废物，而细胞会破坏这样的蛋白质分子并回收其组成部分。
胶原蛋白基因突变与一系列结缔组织疾病有关，但是Fox认为，关于大脑中胶原蛋白基因突变的研究还不够深入。
Fox说：“这个项目之所以能引起我的兴趣，是因为我们对细胞外基质蛋白（如：胶原蛋白19）在调节健康回路形成中的作用实在是知之甚少。我们作为学生学习神经科学这门课程的时候，我们通常被告知的是大脑中并没有存在很多结缔组织，但是我们有越来越多的研究发现，这些细胞外基质蛋白的存在似乎为健康的大脑发育奠定了基础。”
实验室计划在这一发现的基础上，致力于开发新的方法来重新刺激患病或受伤的大脑中抑制性突触的生长。研究小组先前发现，从这种胶原蛋白中提取的一种小肽matricyptin足以促进缺乏19号胶原的细胞中抑制性突触的生长。
Fox说：“我们希望将我们了解到的这些回路是如何发展的理论知识应用到治疗上。我们发现了一种肽，它在刺激抑制性突触形成方面显示出了自身独特的特性，当前我们并正在研究如何对其进行利用。”
参考信息：Paracrine Role for Somatostatin Interneurons in the Assembly of Perisomatic Inhibitory Synapses. Journal of Neuroscience 23 September 2020, 40 (39) 7421-7435;
编译作者：UTCS（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
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