突觸可塑性是指突觸調(diào)節(jié)傳遞信號(hào)強(qiáng)度的能力，該過程受到突觸前和突觸后結(jié)構(gòu)共同調(diào)控，其中短時(shí)程可塑性主要受突觸前神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程調(diào)控。

但由于突觸間隙尺寸小于100 nm，囊泡胞吐速度極快（毫秒級(jí)）且釋放神經(jīng)遞質(zhì)數(shù)目較少，研究人員尚未實(shí)現(xiàn)突觸內(nèi)胞吐可塑性的實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)，因此短時(shí)程可塑性中囊泡胞吐、神經(jīng)遞質(zhì)釋放的變化趨勢(shì)和調(diào)控機(jī)制尚不明確。

近日，武漢大學(xué)黃衛(wèi)華教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)使用納米電化學(xué)傳感器檢測(cè)重復(fù)電場(chǎng)刺激下突觸內(nèi)胞吐水平改變，進(jìn)而研究短時(shí)程可塑性中突觸前結(jié)構(gòu)通過調(diào)節(jié)胞吐過程改變突觸強(qiáng)度的機(jī)制。該成果以“Nanoelectrochemistry reveals how presynaptic neurons regulate vesiclerelease to sustain synaptic plasticity under repetitive stimuli”為題，發(fā)表于英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)期刊Chemical Science上。

錐狀納米電化學(xué)傳感器檢測(cè)重復(fù)刺激下多巴胺能神經(jīng)元突觸間隙內(nèi)胞吐過程，以及突觸前結(jié)構(gòu)調(diào)控短時(shí)程可塑性的潛在機(jī)制示意圖

該工作發(fā)現(xiàn)重復(fù)刺激下胞吐水平呈現(xiàn)早期下降、中期恢復(fù)、后期再次下降的特點(diǎn)。其中兩次下降是因?yàn)橹貜?fù)刺激導(dǎo)致“準(zhǔn)備釋放池”囊泡快速消耗。而在恢復(fù)期，突觸前末梢通過加速囊泡循環(huán)過程招募大量囊泡以增加胞吐事件數(shù)、改變胞吐動(dòng)力學(xué)以釋放更多囊泡內(nèi)容物、以及釋放致密核心囊泡等方式維持突觸信號(hào)傳遞。通過原位監(jiān)測(cè)突觸內(nèi)的胞吐過程，該工作提供了突觸前結(jié)構(gòu)參與調(diào)節(jié)活動(dòng)依賴短時(shí)程可塑性的直接證據(jù)，并為進(jìn)一步研究突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶機(jī)制提供了新的思路和方向。

論文信息：

https://doi.org/10.1039/D4SC01664E