近日，上海科技大学生命科学与技术学院杨扬课题组与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心蒲慕明课题组在权威学术期刊《国家科学评论》（National Science Review）在线发表了题为“猕猴前额叶皮层树突棘的稳定性与动态特征”（Stability and dynamics of dendritic spines in macaque prefrontal cortex）的研究论文，报道了非人灵长类恒河猴的前额叶皮层神经元树突棘在时间进程和空间分布上的动态特征。
突触是神经元之间信息交流的最小单元，其稳态与可塑性对动物神经系统行使正常功能至关重要。树突棘结构组成了90%以上兴奋性神经突触。在过去二十余年间，科研人员在啮齿类实验动物中进行了数量庞大、内容多样的树突棘动态特征研究，但缺乏针对非人灵长类大脑树突棘动态特征的相关报道。
该项研究利用AAV病毒载体介导的GFP标记系统，对两只年轻和两只中年恒河猴的背外侧前额叶皮层第五层锥体神经元进行了稀疏高亮标记。通过双光子成像技术，对被标记神经元的树突棘结构进行了以七天为间隔的高分辨率、长期稳定的多次在体成像。研究发现，树突棘在七天时间内表现出6%的突触形成率与消失率，其中新生树突棘更容易消失，树突片段上存在着树突棘动态特征热点（图1）。
图1|A:四只恒河猴中相同树突在3次成像时刻的例图，黄色箭头为新生树突棘，品红色为消失的树突棘；B:四只恒河猴的树突棘密度，每个数据点代表一根树突；C:树突棘在7d间隔后观察到的形成率；D:树突棘在7d间隔后观察到的消失率；E:7d间隔后的树突棘形成率与消失率的比较；F:树突棘稳定性；G:相同树突棘在4h间隔后的成像例图，4h间隔后树突棘形成率与消失率的比较。C-G中每个数据点代表一个注射位点。
研究还发现，树突棘的动态特征与类别相关：恒河猴大脑前额叶树突棘群体中，伪足状凸起的动态特征最强，而蘑菇型树突棘最为稳定（图2）。
图2|A:年轻与中年恒河猴中伪足状凸起的比例；B: 年轻与中年恒河猴中蘑菇型树突棘的比例；C: 相同树突片段上所观察到的伪足状凸起在4h间隔后动态变化与比例；D:非蘑菇型树突棘和蘑菇型树突棘在2周间隔后所表现出的形成率与消失率的比较。A、B和D中每个数据点代表一个注射位点。
此外，树突棘表现出符合韦布尔分布的右偏分布，说明树突棘有在短距离间聚集现象，但整体来说其形成和消失分别倾向于在低密度和高密度的区域发生（图3）。
图3|A:四只恒河猴的树突棘间距分布概率曲线。
此项研究填补了非人灵长动物树突棘稳定性和动态特征研究的空白，为进一步理解非人灵长类大脑神经环路的可塑性提供了结构基础。
上海科技大学生命学院2018级博士生漆俊倩和中科院脑智中心陈铭博士为共同第一作者，杨扬和蒲慕明为共同通讯作者。
论文链接：
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac125/6618602
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