大脑突触图谱诞生 或能解释衰老为何导致智力与行为变化

今日，顶尖学术期刊《科学》以封面论文的形式，介绍了一项重要的工作。由来自英国、法国、以及瑞典的科学家们以单突触的分辨率，分析了小鼠大脑的50亿个“兴奋性突触”的分子与形态特征！这项工程浩大的研究拓展了我们对突触的认知，其结果也有望让我们更好地理解在生命的不同阶段，智力、记忆、行为等会出现怎样的变化。

图片来源：Zhen Qiu, Mélissa Cizeron, and Seth Grant, Edinburgh University

《科学》的专文评述指出，在人类大脑的新皮质里，有100兆个突触，每一个突触都是一个复杂的实体，内含数千种不同的信号传输蛋白。能够搞清这些不同的突触的功能与变化，对于理解大脑的功能，有着重要意义。

在本研究里，科学家们使用小鼠为模型，从出生到中老年，划定了10个时间节点（最小1天，最大18个月），然后观察突触会发生哪些变化。为了便于观察，研究人员们使用了两种突触后神经元里的结构蛋白（SAP102与PSD95），并给它们加上了荧光标签。理论上讲，由于绝大多数的中枢神经系统突触通常都带有这两种蛋白，因此对它们进行标记，足以用来找到绝大多数的突触。

根据这两种结构蛋白的表达，以及突触的分子与形态特征，研究人员们把小鼠的突触分为三个类型，37个亚型。不同类型和亚型的突触，在大脑的不同区域也各自有自己喜好的地盘。

▲不同的突触信号蛋白（图片来源：参考资料[2]）

通过分析，研究人员们发现，这些突触随着年龄的变化，也会出现一系列变化。而这些突触的密度变化，依照每一个脑区的发育过程，也会略有不同。比如脑干的突触密度较大脑而言，会更早达到峰值。这也与脑干在早期发育过程中所扮演的重要角色具有一致性。

随着小鼠年龄的逐渐变大，从3个月到18个月，大部分脑区的突触密度出现显著减少。为了更好地理解这一变化带来的影响，研究人员们把注意力集中在海马区，这是与学习和记忆密切相关的一个脑区。有意思的是，这两类用来标记突触结构的蛋白，却随着时间推移（1周，3个月，18个月），出现了不同的变化——PSD95变化较明显，而SAP102的水平则更稳定。这也表明这个区域的突触，的确会随着变老而出现变化。这可能会影响到神经活动的活性与功能。

▲海马区的突触随着年龄增长，会出现变化（图片来源：参考资料[1]）

研究人员们在论文最后指出，这项对于突触的“人口普查”，有助于让我们在大脑发育的不同时间与地点，研究突触的变化，以及相应的行为改变。对于大脑发育、衰老、以及大脑疾病，他们的工作也带来了重要的研究工具。

参考资料：

[1] Mélissa Cizeron et al., (2020), A brainwide atlas of synapses across the mouse life span, Science, DOI: 10.1126/science.aba3163

[2] Kristina D. Micheva et al., (2020), A synapse census for the ages, Science, DOI: 10.1126/science.abc9555