Science：首次！来自底板神经元的突触传递调控新皮层神经元的迁移
在哺乳动物大脑中，掌控思考和语言功能等部位被称为大脑皮层，由6层的神经元层组成。然而，若该结构在形成过程中出现紊乱，则会产生自闭症、精神分裂症等精神疾病的症状。因此，了解该神经细胞层形成的机理，对这些疾病的理解和治疗是不可缺少的。
当大脑在胎儿期出现时，兴奋性神元会在大脑深处诞生，并向神经元皮质板（cortical plate）迁移较长的距离。在此迁移过程中，神经元的形态会从多极形态转换到双极形态（the multipolar-to-bipolar transition）（Fig.1A），最终形成由多个神经元精密配置而成的6层结构。在兴奋性神经元的迁移过程中，有多种基因的共同参与，其中特定基因的变异与自闭症、精神分裂症等精神疾病有关。但是，两种移动方式切换的时间和位置，以及其调控机制尚不明确。
近期，来自以日本东京医学综合研究所为核心研究小组，应用组织化学方法、成像技术和微阵列分析等技术，研究了小鼠早期新皮质的发育情况，首次阐明了促进这个“移动”的信号的机制——在早期未成熟的神经元上形成的瞬态突触调节的径向迁移。相关研究成果以Synaptic transmission from subplate neurons controls radial migration of neocortical neurons为题，于2018年4月20日在线发表在Science上。
研究者发现，在胎儿期早期，大脑深处的神经前体细胞会反复分裂，产生大量的神经元。而外加神经元是在大脑皮层最初诞生、成熟的神经元，并形成被称为底板层（subplate）的层。之后，接一个接一个的神经元，以最初星型(多极性)的形式，凭借被称为“多极性移动”的模式缓慢移动。同时，这种多极性细胞在某个时候，会突然改变两根突起的螺纹型形态，面向大脑表面以被称为“双极性移动”的移动模式迅速移动。这一系列的移动过程被称为放射状神经元移动。后出生的神经元又不断地以此方式进行移动，最终形成由很多神经元的组成的6层结构（Fig.1-2）。
Fig. 2 Glutamatergic synaptic contacts between SpNs and MpNs
研究者通过培养老鼠胎仔的大脑，并仔细观察此移动的情况，发现移动方式的转换发生在大板层（Fig.1-2）。
基于这种发现，研究者猜想在移动方式的切换中，可能出现了多次动作性神经元的作用。经过更加详细地观察移动神经元和外加神经元的相互作用，结果表明：底板块神经元将其神经突（neurites）延伸到子板块的心室一侧，并在底板块下方的多极神经元上形成瞬态的谷氨酸能神经突触（transient glutamatergic synapses）（Fig.2-3）。
因此，当控制人体信息神经元的突触部分活动时，移动神经元在多极性阶段停留，抑制了对迁移动作的切换。相反，在多极性细胞周围的人体内，如果在形成瞬态的谷氨酸能神经突触部分释放Ca2+信号，便会促进对迁移动作的切换（Fig.3-4）。
另外，研究者还发现：若谷氨酸受体(NR1)遗传因子是因为移动神经细胞特异性而导致的，一旦阻碍突触背部的活动，移动则会在多极性的阶段停止。
这些结果表明：新生神经元进行多极性移动和双极性移动时，两种移动方式转换的地点和时间，是由新生神经元上形成的谷氨酸运作性神经突触释放的信号所调控的。
Fig. 3 Critical roles of neuronal activity of SpNs in radial neuronal migration.
Fig. 4 NMDAR and PSD95 in MpNs are involved in radial migration.
之前的研究表明，当新生神经元在大脑在产生时，就会对大脑皮层和大脑之间的神经联系的形成作出贡献，但在神经元移动控制调控方面的功能一直是个谜团。
在本研究中，研究者们第一次清晰地表明了：哺乳动物中发现发育中的新皮质神经元经历从多极形态到双极形态的形态转变，而且这种形态转变至少部分是由于大脑发育期间的神经元迁移信号传递（Fig.3-4）.
Fig. S9 Expression of glutamate receptors during radial migration.
Fig. S12 Hypothetical model for the interaction between SpNs and MpNs.
但研究者同时也表示：底板神经元延伸和信号传递是否是诱导这种形态变化的唯一因素是仍清楚的。还需要进一步的研究来分析是否有其他参与者参与到其中。（Fig.S9-S12）
文末附英文Summary / Abstract
The neocortex exhibits a six-layered structure that is formed by radial migration of excitatory neurons, for which the multipolar-to-bipolar transition of immature migrating multipolar neurons is required. Here,we report that subplate neurons,one of the first neuron types born in the neocortex, manage the multipolar-to-bipolar transition of migrating neurons. By histochemical, imaging, and microarray analyses on the mouse embryonic cortex, we found that subplate neurons extend neurites toward the ventricular side of the subplate and form transient glutamatergic synapses on the multipolar neurons just below the subplate. NMDAR (N-methyl- D -aspartate receptor)–mediated synaptic transmission from subplate neurons to multipolar neurons induces the multipolar-to-bipolar transition,leading to a change in migration mode from slow multipolar migration to faster radial glial-guided locomotion. Our data suggested that transient synapses formed on early immature neurons regulateradial migration.
另外，Alejandro F. Schinder和Guillermo M. Lanuza针对这项研究在同期Science上发表了一篇题为Whispering neurons fuel cortical highways的评论类型文章。
参考文献：
【1】Ohtaka-Maruyama et al.,Synaptic transmission from subplate neurons controls radial migration of neocortical neurons. Science.360, 313–317 (2018).
【2】Alejandro F. Schinder, Guillermo M. Lanuza. Whispering neurons fuel cortical highways.Science.360, 265-266. (2018).
任何公众平台、媒体转载使用须经授权，同时须文首注明原文来源：逻辑神经科学 （ID：LT-Neuroscience）及文末添加：平台二维码； 投稿、合作、转载授权等事宜请联系微信ID：Wang-Sizhen 或邮箱：lt_neuroscience@126.com
关注 逻辑神经科学 微信公众号
添加管理员微信号，带你入坑（入群）