出生后不久，人类大脑便会随着对全新世界的体验而迅速发育。在这一时期，新生儿大脑中的神经元彼此竞争，形成持久的连接，这些连接称为突触。
杜克大学研究人员的一项新研究近距离观察了突触的精细化过程，并确定了一种在这一过程中至关重要的蛋白质。此前，名为 hevin 的蛋白质发生异常已被认为与自闭症、抑郁症和自杀有关，但直到现在，人们对这种分子在发育中的大脑里所发挥的作用仍知之甚少。
研究人员聚焦于神经元上名为棘突的微小突起，突触连接就位于其中。长期以来，神经科学界一直认为，这些小突起是单个突触的所在。
但这项研究上个月提前在线发表于开放获取期刊 eLife，显示在新生小鼠的大脑中，一些棘突最初会接收两个或更多输入。随着大脑成熟，这些棘突随后只接收一个输入。研究人员借助一种称为三维电子显微镜的技术，才得以观察到这一现象。
“我对这一发现感到非常兴奋，”第一作者、资深作者 Çagla Eroglu 实验室的博士后研究人员 William Christopher Risher 说。“我去查阅了文献，想看看是否有人真正描述过[多突触棘突]。结果发现，相关研究确实不多。”
研究团队还发现，与正常小鼠相比，缺少 hevin 蛋白编码基因的小鼠保留了更多这类含有多个突触的棘突。发育中的大脑会修剪突触以提高效率，这种情况可能会带来问题。
1990 年，人们首次在突触之间极其微小的间隙中发现了 hevin。然而，基因表达研究显示，实际上，产生这种蛋白质的是称为星形胶质细胞的非神经元细胞。
Eroglu 的研究团队关注星形胶质细胞、突触形成与疾病之间的关系，并于 2011 年证实 hevin 会触发新的神经连接形成。“这是首次描述 hevin 在神经系统中的功能，”Eroglu 说。她是细胞生物学和神经生物学助理教授，也是杜克大学脑科学研究所的成员。
“我们继续研究这种蛋白质，因为它在许多脑区中含量丰富，无论是在突触形成期间，还是在成年期，”Eroglu 说。
研究团队发现，在皮层——一个对复杂思维和意识十分重要的脑区——hevin 会促进来自丘脑的输入；丘脑是大脑中负责转接感觉和运动信息的中枢。与此同时，hevin 会抑制来自皮层内部局部神经元的输入。
接收多个突触的棘突往往同时被皮层和丘脑的连接占据，这表明这些棘突是突触竞争发生的位置。
Eroglu 说，在自闭症和抑郁症等神经系统疾病中，皮层内这两类连接的平衡可能会失调。研究团队目前正在研究 hevin 的分子机制及其对健康和疾病可能产生的影响。
其他作者包括杜克大学细胞生物学系的 Sagar Patel、Jonnathan Singh Alvarado、Osman Calhan、Il Hwan Kim、Akiyoshi Uezu 和 Scott Soderling；杜克大学神经内科的 Srishti Bhagat 和 Nicole Calakos；杜克大学分子遗传学与微生物学系的 Louis-Jan Pilaz 和 Debra Silver；以及波士顿儿童医院神经内科、哈佛医学院的 Daniel Wilton 和 Beth Stevens。
本研究由美国国立卫生研究院（R01 DA031833、2T32NS51156-6、NRSA 1F32NS08328 01A1、NS059957、MH103374、NS083897、NS071008）、Holland-Trice Fellowship、Wakeman Fellowship、
Esther and Joseph Klingenstein Fund 以及 Alfred P. Sloan Foundation 资助。
本文由我们与 Duke Today 合作发布。文章的发布并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Karl Bates 为 Duke Today 撰稿。
图片：一名女子从一幅展示患者“H.M.”脑切片的展品旁走过。地点：马萨诸塞州剑桥；日期：2011 年 1 月 7 日。路透社/Brian Snyder。