《Progress in Neurobiology》：The flexible synapse – how mossy fiber architecture adapts to changing needs
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海马体mossy纤维突触在长期增强中的结构变化及其对记忆编码的影响，涵盖突触形态调整、释放位点动态及分子纳米重构，讨论研究方法与未来方向。
Felicitas Bruentgens|Dietmar Schmitz|Marta Orlando
柏林夏里特大学医学院（Charité-Universit?tsmedizin Berlin），同时也是柏林自由大学（Freie Universit?t Berlin）和柏林洪堡大学（Humboldt-Universit?t zu Berlin）的合作伙伴；德国柏林神经科学研究中心（Neuroscience Research Center, Berlin）
摘要
海马体的苔藓纤维突触（mossy fiber boutons）是海马回路中独特且具有高度可塑性的突触结构。尽管苔藓纤维突触在学习和记忆过程中可能发挥重要作用，但导致其突触连接增强的具体机制尚未完全明了。本文概述了苔藓纤维与CA3锥体细胞形成长时程增强（long-term potentiation）过程中发生的结构变化，包括：（1）突触数量、形状和大小的改变；（2）突触囊泡的可用性以及单个突触内释放位点的数量和占用情况的变化；（3）活跃区域内的分子组成和空间排列的纳米级结构变化。我们探讨了这些变化及其对苔藓纤维功能的可能影响，并讨论了目前的研究方法及未来的研究方向。
引言
动物行为中最引人入胜的方面之一是学习和记忆。经过数十年的研究——从对海兔（Aplysia）和蜜蜂（Kandel等人，2014年）的研究，到对啮齿动物神经回路的光遗传学控制（Ramirez等人，2013年）——科学界开始逐步理解记忆形成的三个阶段（编码、巩固和检索）的神经生物学机制（Guskjolen和Cembrowski，2023年）。
记忆的巩固和长期存储可能需要通过高频振荡将记忆痕迹从海马体传递到大脑皮层（Buzsáki，2015年），而新的情景记忆的编码则发生在海马体本身（Scoville和Milner，1957年；Ison等人，2015年；Hainmueller，2020年）。
在这篇综述中，我们重点关注海马回路中齿状回颗粒细胞（dentate gyrus granule cells）与CA3锥体神经元（CA3 pyramidal neurons）之间的关键突触，这种突触可能在记忆过程中发挥作用（Treves和Rolls，1994年；Lassalle等人，2000年；Lee和Kesner，2004年）。长期以来，人们一直认为记忆是以物理形式编码和存储的（y Cajal，1911年；Hebb，1949年；Tonegawa等人，2015年）。关于这种物理编码的主要理论包括：（I）记忆痕迹以共激活的细胞集合形式存在（即记忆印迹，engrams）；（II）突触的结构可塑性，即单个细胞之间的连接得到加强（Takeuchi等人，2014年；Tonegawa等人，2015年）。2015年的研究表明，编码恐惧记忆的海马细胞既属于记忆印迹的一部分，又表现出突触结构的可塑性（Ryan等人，2015年），这结合了上述两种理论。类似的观点也适用于苔藓纤维突触与CA3锥体细胞在形成情景记忆中的作用（Weng等人，2018年）。
苔藓纤维突触向高度重复性的CA3神经网络提供强烈而分散的输入（Sammons等人，2024年）。据认为，一旦通过苔藓纤维的突触可塑性形成了锥体细胞集合，这些集合就能通过穿通路径（perforant path）被重新激活，而与苔藓纤维的直接输入无关（Lee和Kesner，2004年；Rolls，2018年）。计算模型表明，苔藓纤维的输入不仅对情景记忆的编码至关重要，也对记忆的检索有重要作用，这涉及模式分离（pattern separation）和模式完成（pattern completion）过程（Rolls，2016年）。在模式分离过程中，会生成相互独立的新记忆痕迹；在模式完成过程中，基于不完整的活动模式可以重新激活记忆痕迹。虽然尚未直接证明苔藓纤维与记忆之间存在因果关系，但其特殊的形态、传输特性以及在海马回路中的位置表明，苔藓纤维突触可能在学习与记忆过程中起到重要的中继作用。理解其结构重塑如何影响突触强度具有重要意义。
节选内容
苔藓纤维通路及其突触的解剖结构
一个多世纪前，Santiago Ramón y Cajal发现了齿状回颗粒细胞轴突上的特殊突触结构。他将这些轴突命名为“苔藓纤维”，因为它们聚集在CA3锥体神经元的顶端树突上，让他联想到树上的苔藓（y Cajal，1911年）。
来自齿状回颗粒细胞的未髓鞘化轴突穿过海马体的丘部（hilus），主要投射到CA3区域（图1a），同时也投射到CA2b区域（Fellenz等人，2025年）。苔藓纤维分为三个明显的带状结构
突触长时程增强过程中的结构可塑性
学习过程伴随着新突触的形成（Hebb，1949年）。长期以来，人们发现树突棘在学习和可塑性实验中具有动态变化（Yuste和Bonhoeffer，2001年；Harris等人，2003年；Berry和Nedivi，2017年）。在海马体中，通过电刺激穿通路径到颗粒细胞的突触以及Schaffer侧支到CA1突触可以诱导长时程增强（LTP），从而导致树突棘的增大（Van Harreveld和Fifkova，1975年）和新树突棘的形成（Engert和Bonhoeffer，
结论
苔藓纤维突触是海马体信息处理的重要模型。本文综述了苔藓纤维与CA3锥体细胞突触之间突触增强过程中发生的结构变化。
突触密度、大小、复杂性、活跃区域的结构以及囊泡分布受复杂的细胞和分子机制调控，这些机制精细调节着突触连接的强度，从而影响后续的信息处理
未解决的问题与未来研究方向
由于苔藓纤维突触体积较大，科学家们能够使用多种在较小突触上难以实施或无法实施的技术。这些突触可以进行直接的膜片钳记录（patch clamp recording）、膜电容测量以及多种成像分析。此外，苔藓纤维向高度重复性的CA3网络提供强烈而分散的输入，这可能有助于模式的分离和完成（Rolls，2016年）作者贡献声明
Dietmar Schmitz：负责撰写、审稿与编辑工作，监督研究进展及资金申请，提出研究概念。Felicitas Bruentgens：参与撰写、审稿与编辑，撰写初稿，负责数据可视化。Marta Orlando：参与撰写、审稿与编辑，撰写初稿，提供研究监督并参与概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。
