中国神经再生研究(英文版) ›› 2022, Vol. 17 ›› Issue (2): 300-301.doi: 10.4103/1673-5374.317964

• 观点:神经损伤修复保护与再生 • 上一篇    下一篇

在受损的神经回路插入新的突触连接:趋向突触治疗?

  

  • 出版日期:2022-02-15 发布日期:2021-10-08

Inserting new synaptic connections into damaged neural circuits: towards synapse therapy?

Ithai Rabinowitch*   

  1. Department of Medical Neurobiology, IMRIC – Institute for Medical Research Israel-Canada, Faculty of Medicine, Hebrew University of Jerusalem, Jerusalem, Israel
  • Online:2022-02-15 Published:2021-10-08
  • Contact: Ithai Rabinowitch, PhD, ithai.rabinowitch@mail.huji.ac.il.
  • Supported by:
    This work was supported by the Israel Science Foundation, grant No. 1465/20 (to IR). 

摘要: Neural Regen Res:突触治疗神经损伤:精确、个性化和最佳的神经损伤治疗?
    由于突触连接是由基因决定的,因此可以设想一种可以使回路恢复的治疗方法:在受损神经回路的靶神经元之间直接遗传插入新的突触连接。最近一项研究探讨了1毫米长的秀丽隐杆线虫相对紧凑的神经系统,该系统仅由约300个神经元组成,这些神经元通过几千个突触连接相互连接。这种模型动物所赋予的遗传能力有助于突触的合理设计和精确工程。恢复受损回路功能的潜在突触途径可能是在剩余的AWC和AIB神经元之间插入新的突触连接,从而加强这种存活的信息通路。由于无脊椎动物,如秀丽隐杆线虫并不是从连接蛋白中自然形成缝隙连接,而是从一个叫做innexins的不同蛋白质家族中,新插入的电突触被认为是专门连接目标神经元的。令人鼓舞的结果表明,利用基因编码的天然突触对受损的神经回路进行直接人工重新布线,可以促进神经元丢失后简单神经回路的功能恢复。研究也揭示了合成电突触的另一个意想不到的好处。除了预期的AWC-AIB连接外,在两个AWC神经元之间以及两个AIB神经元之间也形成了新的合成电突触(许多秀丽隐杆线虫神经元是成对组织的),即使是单独的AWC耦合,或单独的AIB耦合,也足以恢复行为。这可能是由于横向电突触连接普遍倾向于放大神经回路中的微弱信号。因此,去除AIA后神经元反应的减弱可以通过仅仅在中断的通路上向神经元增加电突触来抵消。可以推断,即使在人工布线模式选择不明显或过于复杂的情况下,只要在与受损电路相关的功能等效的神经元之间插入新的电突触,就可以促进恢复,而且在任何情况下,可能会增强合成布线的效果。
    来自以色列耶路撒冷希伯来大学的Ithai Rabinowitch认为,为了提高突触治疗的可能性,必须做大量的工作。特别是,在相对简单的秀丽隐杆线虫系统中,仍然有很多东西需要学习。例如,这种方法有多普遍?新的突触能帮助绕过任何回路中任何形式的回路损伤吗?是否有比其他更易接受突触治疗的特殊破坏模式?插入的突触如何影响电路的其他功能和行为的其他方面?合成突触的插入如何影响可塑性和重新布线的自然过程?在更复杂的无脊椎动物和脊椎动物系统中研究突触疗法的疗效还为时过早。特别是,无脊椎动物的innexin缝隙连接蛋白可用于脊椎动物系统。如果在两种不同的细胞类型中表达,这些异位innexins可以在同源神经元群中构建侧网络,甚至可以在两个不同的群体之间架起桥梁。此外,通过结合不同的兼容的innexin蛋白,可以实现更精细的功能,可以研究与脑-机-脑接口相结合的基因插入突触,以及它们如何为损伤后的神经重路由提供不同或组合的旁路。
   文章在《中国神经再生研究(英文版)》杂志2022年 2 月  2 期发表。

https://orcid.org/0000-0003-0361-9055 (Ithai Rabinowitch) 

Abstract: Recovery from neural damage often requires reorganization of remaining neural tissue, including the formation of new synaptic connections between surviving neurons. Such rewiring may restore disrupted information flow caused by neuronal loss, and help adjust altered neural circuitry to reestablish diminished functionality. On occasion, proper rewiring may occur spontaneously, leading to successful recovery (Joy and Carmichael, 2021). However, in many cases natural rewiring is insufficient, and may even cause maladaptive deterioration due to miswiring (Nava and Röder, 2011). To overcome this, several interventional strategies have been developed to assist in the recovery process, by guiding synaptic rewiring in desirable directions (Su and Xu, 2020). For example, enhanced usage of the affected limbs or the impaired mental capacities can stimulate proper activity-dependent rewiring (Ganguly and Poo, 2013). Pharmaceutical targeting of specific molecular pathways (Joy and Carmichael, 2021) can bolster desirable plasticity processes and suppress unwanted ones. Cell-based therapy (Wechsler et al., 2018) can increase neurogenesis, replacing missing neurons and giving rise to new network connections. Brain-Machine Interfaces can serve as artificial communication pathways within the nervous system or between neurons and artificial effectors in order to bypass broken links in disrupted networks and establish new prosthetic neuronal connections (Wolpaw et al., 2020).