奖项得主的研究揭示了脑发育过程中复杂神经环路得以精准连接的机制

Cheng Lyu 荣获 2025 年 Eppendorf & Science 神经生物学奖；该研究揭示了发育过程中神经环路何以实现如此精妙准确组装的机制。神经环路组装是一项艰巨的挑战：年幼的神经元必须在数十亿个其他神经元中与其正确的突触伙伴形成特定的连接。发育中的脑器官如何令准确性精妙如斯？如果无法做到又会产生什么后果？为探索这一未知领域，Cheng Lyu 和其研究团队将目光转向果蝇，因为果蝇嗅觉系统所提供的模型简约而精致：该系统只有 50 种感觉神经元，而每种神经元都会与 50 种匹配的伙伴神经元一对一地连接。研究人员通过用可追踪神经元发育过程的新型​​基因工具发现，这个复杂的三维连接问题可暂时得以简化。他们发现，配对选择首先发生在某二维表面，然后则沿着固定的一维路径进行。每个轴突都遵循基因预设的路径；该路径会穿过其预定的配对神经元树突，从而大大缩小了搜索范围。通过实验将轴突偏离其正常路径会导致配对神经元无法正确连接，从而揭示了这些空间投射路径会如何调控匹配机制。

利用单细胞 RNA 测序和基因筛选，Lyu 和她的同事确定了介导不同类型神经元之间引斥纳拒的关键表面蛋白。只需操纵其中五种蛋白的组合，他们成功地令神经元与新的匹配对象重新连接，从而有效地改写了脑神经元连接的线路图。这种工程化的重新连接不仅改变了神经活动，也改变了其行为。Lyu 写道：“我们的研究表明，发育中的脑突触特异性决定于一小部分协同作用的细胞表面蛋白。仅需调整其中几个组件，我们就能重新定义神经与行为伙伴；我们的研究为探索环路连接变化会如何导致神经发育障碍以及类似原理会如何塑造各物种脑环路的演变开启了窥其堂奥之门。”

Constanze Depp 和 Sara Mederos 是该奖项的决赛入围者；她们的入围文章分别是《白质新论：从髓鞘视角重新审思阿尔茨海默病》和《恐惧之护，终有其尽》。