《Brain Network Disorders》：c-Jun N-terminal kinase and phosphatidylinositide 3-kinases signaling pathways mediate synapse formation and spontaneous network activities in primary neurons
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本研究针对神经元突触形成与网络功能调控机制不清的问题，通过药理学抑制JNK与PI3K信号通路，结合免疫荧光、微电极阵列及RNA测序技术，发现JNK通路对兴奋性/抑制性突触的前后突触形成均具关键作用，而PI3K通路主要调控后突触密度及囊泡转运；通路抑制可导致网络放电频率、爆发时长及同步性异常，并改变电压门控离子通道、突触可塑性相关基因表达。该研究揭示了JNK/PI3K信号在突触构建与网络动态平衡中的差异化调控机制，为理解神经发育障碍的环路异常提供了新视角。
在我们的大脑中，数以亿计的神经元通过突触相互连接，形成复杂的网络，这些网络的活动是感知、思维和记忆的基础。然而，神经元如何精确地构建突触，以及细胞内信号通路如何调控网络层面的动态活动，仍是神经科学领域的重大挑战。尤其是在神经发育障碍如自闭症、精神分裂症等疾病中，常观察到突触连接异常和网络活动失调，但其背后的分子机制尚不明确。贾晓丽团队在《Brain Network Disorders》发表的研究，正是为了揭示c-Jun N末端激酶（JNK）和磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）这两条经典信号通路在突触形成和神经元网络发育中的具体作用。
为了回答这一问题，研究人员采用了多学科整合的研究策略。关键技术方法包括：利用胚胎小鼠皮质神经元进行原代培养，通过药理学方法抑制JNK（使用SP6000125和JNK-IN-8）和PI3K（使用LY294002和GDC-0941）信号通路；采用免疫荧光技术定量分析突触前（VGluT1、VGAT）和突触后（Homer1、Gephyrin）蛋白斑点的密度和大小；使用微电极阵列（MEA）系统长期（DIV14–49）记录神经元网络的自发放电活动，包括平均放电率（MFR）、网络爆发频率（NBF）、网络爆发时长（NBD）及同步性等参数；并通过RNA测序（RNA-seq）分析差异表达基因（DEGs），进行Gene Ontology（GO）和基因集富集分析（GSEA），以探索通路抑制后的转录组变化。
研究结果从多个层面揭示了JNK和PI3K信号通路的独特功能。在神经元形态方面，抑制PKA通路会显著减小神经元胞体大小、减少初级树突数量和总神经突长度，而JNK和PI3K通路抑制则未影响这些参数，因此后续研究聚焦于后两者。在突触形成方面，JNK通路抑制显著降低了兴奋性突触前VGluT1斑点的密度和抑制性突触前VGAT的密度，同时减少了兴奋性后突触Homer1和抑制性后突触Gephyrin的密度，表明JNK对前后突触的形成均有重要作用。PI3K通路抑制虽不影响VGluT1密度，但减小了其斑点大小，并降低了Homer1和Gephyrin的密度，提示其更侧重于后突触的组装和突触成熟。
在网络活动层面，MEA记录显示，在发育早期（DIV21），JNK和PI3K通路抑制均引起网络过度活跃，表现为MFR和NBF升高。但随着网络成熟（四周后），JNK抑制导致MFR、NBF和NBD显著下降，且放电规律性降低，但网络同步性未受影响；而PI3K抑制则延长了网络爆发时长，并在发育后期（五至七周）显著降低了网络同步性。这些结果表明，JNK通路主要调控网络爆发的强度和频率，而PI3K通路则影响爆发的时长和同步协调性。
分子机制上，RNA-seq分析发现，JNK通路抑制后，差异表达基因富集于轴突髓鞘化、突触传递、突触小泡胞吐等过程；PI3K抑制则显著影响电压门控离子通道活性、GABA能信号和突触可塑性相关基因。两类抑制剂共同调控的基因均与神经元发育、轴突生长和髓鞘形成密切相关，从转录水平解释了电生理表型的成因。
研究结论强调，JNK和PI3K信号通路在突触构建和网络发育中扮演不同角色：JNK是突触形成的“总工程师”，协调前后突触的组装，并主导网络爆发活动的强度；PI3K则是“精细调节器”，尤其影响后突触结构和网络同步性。两者的失调会破坏兴奋/抑制平衡，导致网络活动异常，这与神经发育疾病的病理特征高度吻合。该研究不仅深化了对细胞内信号通路如何从分子事件逐步涌现为网络功能的理解，也为相关疾病的机制研究和靶点干预提供了重要理论依据。
