近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所劉佳佳研究組與稅光厚研究組及南京大學石云研究組合作，揭示了在發生長時程突觸增強（LTP）的興奮性神經元中膜脂分子PI4P的代謝調控及其在突觸可塑性中的生理意義。相關研究發表于《細胞報告》。
突觸可塑性是神經元響應神經活性的變化調節其突觸傳遞效能的特性，被認為是大腦高級功能學習與記憶的細胞基礎。大腦海馬區CA1興奮性神經元的LTP是突觸可塑性的經典形式，其主要特征是神經活性依賴的樹突棘膨大及位于樹突棘突觸后膜的谷氨酸神經遞質受體AMPAR數量增加，這兩種變化分別代表了樹突棘的結構與功能可塑性。神經信號如何誘導樹突棘產生功能可塑性是一個重要而有趣的神經細胞生物學問題。以往大量的研究聚焦于蛋白質分子在突觸可塑性中的功能與作用機制，而對于細胞中另一類重要的生物大分子―脂質分子鮮有涉獵。
合作團隊運用脂組學、超高分辨顯微成像、快速活細胞成像、分子遺傳學、細胞生物學、電生理及動物行為學等研究技術，揭示了在發生LTP的興奮性神經元中膜脂分子PI4P的代謝調控及其在突觸可塑性中的生理意義。據介紹，PI4P是生物膜中的低豐度磷脂分子，但具有調控脂轉移和囊泡運輸等重要生物學功能。
通過免疫熒光和脂組學分析，劉佳佳研究組與合作者發現小鼠海馬神經元中PI4P的含量遠高于上皮細胞、成纖維細胞等其它哺乳動物細胞類型，而且神經元細胞質膜富含PI4P。進一步研究發現，在產生LTP的海馬神經元中，細胞內鈣信號誘導催化PI磷酸化產生PI4P的激酶PI4KIIIa定位在樹突質膜內表面，使質膜PI4P水平迅速升高。深入研究表明，通過抑制PI4KIIIa活性急性降低質膜PI4P水平可完全抑制LTP誘導期的AMPAR質膜表達，而在小鼠大腦海馬CA1區敲降PI4KIIIa表達可抑制LTP和長期記憶。該項研究不僅發現膜脂PI4P的代謝受到神經活性調控，而且揭示了PI4P在AMPAR運輸中的調控作用以及在LTP和學習記憶中的生理意義。（來源：中國科學報 馮麗妃）