復(fù)旦大學(xué)邵志勇團(tuán)隊(duì)揭示腸道神經(jīng)內(nèi)分泌信號(hào)軸調(diào)控秀麗隱桿線蟲大腦突觸組裝

2022年6月24日，來自復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院的邵志勇團(tuán)隊(duì)在EMBO Reports雜志上在線發(fā)表題為“Gut neuroendocrine signaling regulates synaptic assembly in C.elegans”的文章。該文章利用于秀麗隱桿線為動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)蟲腸道內(nèi)的Wnt-神經(jīng)內(nèi)分泌信號(hào)通路調(diào)控神經(jīng)環(huán)（相當(dāng)于脊椎動(dòng)物的大腦）中神經(jīng)元間的突觸組裝。

人類的大腦是由近千億個(gè)神經(jīng)元通過精確的突觸連接而成的高度復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。突觸連接在發(fā)育或者維持過程出現(xiàn)異常均會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)或精神疾病。突觸發(fā)育收到許多信號(hào)的精確調(diào)控。例如，高度保守的Wnt經(jīng)典和非經(jīng)典通路在脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物的突觸發(fā)育過程中都發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。然而，目前的研究只發(fā)現(xiàn)了Wnt直接作用在神經(jīng)系統(tǒng)中，對(duì)于Wnt是否能夠通過其他組織調(diào)控突觸發(fā)育尚不清楚。近年來，腸道微生物對(duì)神經(jīng)發(fā)育和功能的調(diào)控作用逐漸被認(rèn)可，但腸道自身是否能夠直接調(diào)控神經(jīng)發(fā)育以及背后的分子機(jī)制尚不清楚。

秀麗隱桿線蟲C.elegans是一種生活周期短、神經(jīng)系統(tǒng)簡單、便于遺傳操作、在體熒光標(biāo)記和活體成像的動(dòng)物模型。此外，線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在細(xì)胞和分子水平和高等動(dòng)物高度相似，神經(jīng)發(fā)育和功能的調(diào)控機(jī)制高度保守。

邵志勇團(tuán)隊(duì)在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，由CWN-2/Wnt，CFZ-2/Frizzled，SYS-1/β-Catenin，POP-1/TCF組成的經(jīng)典Wnt信號(hào)通路調(diào)控神經(jīng)環(huán)中的中間神經(jīng)元AIY突觸的形態(tài)。通過組織特異性拯救分析發(fā)現(xiàn)CWN-2/Wnt不僅在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮功能，還在腸道中發(fā)揮作用。在本研究中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)CWN-2/Wnt通過激活腸道內(nèi)的CFZ-2/SYS-1/POP-1信號(hào)通路，發(fā)揮調(diào)控神經(jīng)元AIY突觸前組裝的功能。線蟲的腸道由單層細(xì)胞圍成的管狀結(jié)構(gòu)，和神經(jīng)環(huán)沒有直接接觸，因此最有可能通過分泌分子調(diào)控神經(jīng)環(huán)中神經(jīng)元的突觸發(fā)育。通過RNAi敲低篩選腸道中高表達(dá)的神經(jīng)內(nèi)分泌分子，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在腸道中該經(jīng)典Wnt信號(hào)通路調(diào)控NLP-40神經(jīng)肽表達(dá)，而成熟的神經(jīng)肽NLP-40在腸道內(nèi)分泌到線蟲的假體腔擴(kuò)散到神經(jīng)環(huán)，然后與AIY神經(jīng)元上的受體AEX-2/GPCR結(jié)合從而促進(jìn)其突觸組裝。通過鈣成像分析，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)Wnt-NLP-40/AEX-2信號(hào)通路調(diào)控AIY神經(jīng)元的自發(fā)放電的頻率。南加州大學(xué)的Derek Sieburth組在2013年發(fā)現(xiàn)NLP-40神經(jīng)肽通過AEX-2能急性調(diào)控GABA神經(jīng)元的活動(dòng)。因此腸道中的Wnt-NLP-40軸很可能是通過神經(jīng)系統(tǒng)中的AEX-2/GPCR調(diào)控神經(jīng)元的活性而調(diào)控突觸組裝（圖1）。最后，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Wnt-NLP-40軸調(diào)控突觸組裝不是AIY神經(jīng)元特異的，對(duì)線蟲神經(jīng)環(huán)總體的突觸組裝同樣具有調(diào)控作用。

圖1 腸道內(nèi)的Wnt-神經(jīng)肽信號(hào)調(diào)控突觸組裝的模式圖。經(jīng)典的Wnt信號(hào)Wnt/CWN-2，F(xiàn)rizzled/CFZ-2，β-Catenin/SYS-1和TCF/POP-1在腸道內(nèi)發(fā)揮作用上調(diào)神經(jīng)肽NLP-40的表達(dá)參與調(diào)控線蟲神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)突觸組裝。成熟的神經(jīng)肽NLP-40在腸道內(nèi)分泌出去后，通過與神經(jīng)元上的G蛋白偶聯(lián)受體AEX-2的結(jié)合促進(jìn)AIY的突觸組裝。

這一項(xiàng)研究不僅闡明了腸道中的經(jīng)典Wnt信號(hào)通路調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)突觸形成過程的分子機(jī)制，而且揭示了腸道直接參與調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)中突觸裝配過程中的重要作用。鑒于Wnt信號(hào)的保守性，腸-腦信號(hào)的保守性及內(nèi)分泌信號(hào)調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的保守性，該突觸調(diào)控通路在高等動(dòng)物中很可能也是保守的。

復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院、復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院神經(jīng)外科邵志勇研究員為通訊作者，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院博士生石延君為第一作者，碩士生秦璐，直博生吳夢(mèng)婷、鄭俊峪和復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院副主任醫(yī)生謝濤參與該工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、教育部、上海市科委和張江實(shí)驗(yàn)室的支持。