17日，頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表了一篇神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重要研究。來自斯坦福大學(xué)的駱利群教授和Alice Ting教授聯(lián)合團(tuán)隊開發(fā)了一種新穎的分析手段，可用于研究神經(jīng)細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)組。利用這一技術(shù)，科學(xué)家們找到了20個能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)環(huán)路連接的關(guān)鍵分子。

▲本研究的三位通訊作者：Jiefu Li，駱利群教授以及Alice Ting教授（圖片來源：斯坦福大學(xué)官網(wǎng)/HHMI）

我們知道，從單細(xì)胞到多細(xì)胞，是生命演化史上的一大突破。不同的單細(xì)胞之間通過“溝通交流”，能形成高度結(jié)構(gòu)化的組織，行使不同的生理功能。在這一過程中，細(xì)胞表面的分子扮演了極為重要的作用。以這兩位科學(xué)家所關(guān)注的神經(jīng)科學(xué)為例，在大腦里，神經(jīng)細(xì)胞表面的接線分子（wiring molecules）決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會以怎樣的方式連接，而表面的神經(jīng)遞質(zhì)受體和離子通道則決定了突觸的活性。

先前，一些科學(xué)團(tuán)隊已經(jīng)在培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)，分離出表面的蛋白質(zhì)組，勾勒出了這些蛋白的初步面貌。然而體外培育的細(xì)胞畢竟與體內(nèi)生長的細(xì)胞不同，無法真實反映實際的情況。而這，正是兩支團(tuán)隊帶來的突破所在。

▲本研究的圖示（圖片來源：參考資料[1]）

該技術(shù)的原型來自Alice Ting教授的團(tuán)隊，經(jīng)過了駱利群教授團(tuán)隊的改良和優(yōu)化。具體來看，科學(xué)家們能在特異的細(xì)胞上表達(dá)HRP-CD2融合蛋白。其中HRP是一種在臨床檢測中常用的酶，而CD2則可以協(xié)助這些HRP定位在細(xì)胞膜的外側(cè)。隨后，研究人員們添加了一種無法透過細(xì)胞膜的底物。在HRP的催化下，這種底物會發(fā)生變化，并“粘貼”到HRP周圍的蛋白質(zhì)上。這就好像是一個小標(biāo)簽，只要找到這些標(biāo)簽，就能找到分布在特定細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)。

利用這種技術(shù)，輔以蛋白質(zhì)譜分析，科學(xué)家們在果蠅發(fā)育的不同階段，對其嗅覺投射神經(jīng)元進(jìn)行了表面蛋白質(zhì)組的分析。與成年果蠅相比，發(fā)育中的果蠅“展現(xiàn)出了非常驚人的區(qū)別”。

▲利用這項技術(shù)，科學(xué)家們在果蠅大腦（藍(lán)色）找到了參與嗅覺神經(jīng)環(huán)路（粉紅色）組成的關(guān)鍵蛋白（圖片來源：參考資料[2]；Credit：Liqun Luo）

從分析結(jié)果看，這支聯(lián)合團(tuán)隊在發(fā)育的神經(jīng)元上，找到了20種水平明顯上升的蛋白質(zhì)。通過RNA干擾的方法，他們挨個降低了這些蛋白質(zhì)的表達(dá)，好觀察哪些對大腦神經(jīng)環(huán)路的連接起到關(guān)鍵作用，而分析的結(jié)果令人振奮——所有20個蛋白質(zhì)，都參與了果蠅嗅覺神經(jīng)環(huán)路的構(gòu)成！要知道，這是我們首次知道一些蛋白質(zhì)在神經(jīng)發(fā)育里的作用。

正如科學(xué)家們在論文里所提到的那樣，這項技術(shù)將大大提升研究細(xì)胞表面蛋白質(zhì)的效率。在神經(jīng)科學(xué)之外，我們期待它也能在其他領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱，促進(jìn)科研的進(jìn)展。

參考資料：

[1] Jiefu Li et al., (2019), Cell-Surface Proteomic Profiling in the Fly Brain Uncovers Wiring Regulators, Cell, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.029

[2] Surveying All the Proteins on a Neuron’s Surface, Retrieved January 16, 2020, from https://www.hhmi.org/news/surveying-all-the-proteins-on-a-neurons-surface