科研进展
【论文】大脑皮层抑制性神经元的动作电位爆发机制
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2014-10
大脑皮层抑制性神经元的动作电位爆发机制
《PLoS生物学》（PLoS Biology）于2014年9月9日发表了北京师范大学脑与认知科学研究院舒友生研究组的最新成果：大脑皮层抑制性神经元的动作电位爆发机制，即轴突始段具有不同电压依赖特性的钠通道亚型决定了抑制性神经元上动作电位的产生，从而调节神经网络的活动。该工作由博士生李暾、田翠萍等合作完成。
了解动作电位如何发生对阐明神经元的信息编码和通讯机制意义重大。舒友生研究组在揭示了兴奋性锥体神经元上动作电位的爆发机制（Nature Neuroscience 2009）之后，继而探讨各种皮层抑制性中间神经元上动作电位的产生机制。鉴于抑制性中间神经元的轴突直径微小，难以进行直接的膜片钳记录，长期以来人们对其轴突通道特性了解甚少。李暾等在离体脑薄片上应用膜片钳技术记录神经元的轴突小体（在脑片制作过程中形成的轴突断端膨大结构），发现不同种类抑制性中间神经元的轴突始段上钠通道的电压依赖特性存在显著差异，即表达生长抑素（SST）神经元的轴突钠通道激活和失活所需的膜电位水平大幅高于小清蛋白（PV）阳性神经元。这个差异导致SST神经元的动作电位爆发的电压阈值更高，并能够在不同膜电位水平上保持稳定，与这两种细胞在持续刺激下的网络活动特性相适应。免疫组织化学的结果表明电压依赖特性的差异来源于SST神经元轴突始段的高阈值和低阈值钠通道亚型的混合程度高。实验表明SST神经元轴突始段表达有亚型Nav1.2，这一发现修正了该亚型仅在兴奋性锥体神经元中表达的认识。阻断Nav1.2使SST细胞在网络过兴奋状态下无法维持自发性动作电位的发放，显著提高了癫痫样网络活动的频率。该研究揭示了大脑皮层抑制性中间神经元的轴突通道构成和性质的多样性，阐明了这种多样性对动作电位爆发的影响，并对Nav1.2失效突变诱发癫痫的机制做出了深入阐释，可能为癫痫的临床治疗提供新的思路。
下图显示在抑制性中间神经元上进行轴突膜片钳记录，得到SST和PV神经元的轴突钠通道的激活和失活曲线。
Li T, Tian C, Scalmani P, Frassoni C, Mantegazza M, Wang Y, Yang M, Wu S, Shu Y*. (2014) Action potential initiation in neocortical inhibitory interneurons. PLoS Biology. 12(9):e1001944.
