突觸是掌管神經(jīng)系統(tǒng)信號傳遞的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。成年大腦中突觸的結(jié)構(gòu)可塑性，即突觸的形成和消失，被認(rèn)為是長期記憶形成的基礎(chǔ)。長時程在體成像觀察表明：中樞神經(jīng)系統(tǒng)中大部分軸突或樹突以及突觸的結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定，但受傷、豐富環(huán)境培養(yǎng)或長時間的感覺刺激會導(dǎo)致軸、數(shù)樹突分支的產(chǎn)生和消失，這種產(chǎn)生和消失往往伴隨著新突觸的生成和原有突觸的消除。這種經(jīng)驗依賴的突觸結(jié)構(gòu)可塑性的激發(fā)意味著突觸穩(wěn)定性的去除，但神經(jīng)系統(tǒng)突觸穩(wěn)態(tài)如何獲得一直是個未解之謎。

　　秀麗隱桿線蟲的運(yùn)動神經(jīng)元其突觸形成的方式與高等動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中興奮型突觸極其相似，都是沿途突觸（en passant synapse）。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所丁梅課題組通過建立新型活體熒光標(biāo)記，首次在線蟲中分離到突觸不能穩(wěn)定存在于固定位置的突變體。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn):四型膠原蛋白、十八型膠原蛋白和胞外基質(zhì)金屬蛋白酶GON-1對抑制突觸隨意性生長具有關(guān)鍵作用。超微結(jié)構(gòu)分析表明：異位生長突觸起源于已存在的正常部位的突觸。異位生長突觸含有典型的囊泡聚集及電子致密結(jié)構(gòu)-活性區(qū)，并與乙酰膽堿受體相鄰，暗示有些異位突觸可能具有遞質(zhì)傳遞活性。在突觸生長異常的突變體中，胞外基質(zhì)的完整性被破壞，突觸沿著被破壞的基質(zhì)延伸出來，但在進(jìn)一步去除串珠狀蛋白perlecan的情況下，基底膜的完整性反而得到改善。同時，perlecan過表達(dá)導(dǎo)致異位突觸出現(xiàn)，且perlecan敲降明顯抑制四型膠原蛋白及胞外基質(zhì)酶GON-1突變體的表型，這些研究結(jié)果表明：在突觸穩(wěn)態(tài)維持過程中既存在抑制信號也存在促進(jìn)信號。

　　該研究首次揭示了在體（in vivo）胞外基質(zhì)對沿途突觸穩(wěn)態(tài)生長調(diào)控的現(xiàn)象，這些調(diào)控是通過胞外基組分以及相關(guān)蛋白酶復(fù)雜的相互協(xié)調(diào)和相互拮抗作用來實現(xiàn)的。這些發(fā)現(xiàn)對未來研究高等動物中沿途突觸的調(diào)控機(jī)制提供了研究線索。以上研究結(jié)果發(fā)表在最近的國際神經(jīng)生物學(xué)雜志Journal of Neuroscience（2014, 34(31):10311-10324）上。實驗室博士研究生秦建貞為該論文的第一作者。這一工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的資助。