10月18日，北京大学IDG麦戈文脑科学研究所PI交流会在吕志和楼338会议室举行。会上，周专教授分享了他在神经递质分泌领域最新的研究进展，并同与会PI进行了热烈交流讨论。

　　PI交流会现场

　　周专教授首先介绍了不依赖于钙离子而电压依赖的分泌（Calcium independent but Voltage Dependent Secretion, CiVDS）的发现过程以及相关的研究背景。

　　神经递质分泌与动作电位之间的偶联可以达到毫秒级别，这种时间上的紧密偶联对神经元信息传递和神经系统功能都非常重要。20世纪70年代Katz等人提出了神经递质分泌的“钙离子假说”，这一假说认为神经递质的分泌依赖于胞外的钙离子。此后，这种依赖于钙离子的囊泡分泌机制得到了广泛的研究。具体来说，存储神经递质的囊泡通过半组装的SNARE复合体停靠在细胞膜附近，动作电位到达致使电压门控钙离子通道开放，胞外的钙离子涌入胞内并与钙离子感受器结合，钙离子感受器的构象变化以及SNARE蛋白复合体的装配促使囊泡膜与细胞膜融合，将神经递质释放到胞外。

　　自2002年以来，周专教授课题组在背根神经节神经元（dorsal root ganglion neuron, DRG neuron）中揭示了一种不依赖于钙离子，而是由细胞膜去极化直接触发的分泌模式（CiVDS）。这一分泌模式的发现是对传统的钙离子假说的重要修正。在DRG神经元胞体分泌中CiVDS与一种不依赖于dynamin的快速内吞相偶联。此外CiVDS在低频动作电位（表征细胞的静息状态）引发的分泌中占主要成分，且CiVDS分泌的动力学要快于钙依赖的分泌（Calcium dependent secretion, CDS）。在随后的研究中，周专教授课题组发现钙离子通道的电压感知结构域（而不是孔道区）、SNARE蛋白复合体，以及钙通道与SNARE蛋白复合体的结合位点（synprint）对于维持CiVDS非常重要，并由此提出了CiVDS的分子机制，与此同时，他们也发现在DRG胞体中CiVDS囊泡分泌的神经递质是ATP。

　　周专教授作报告并同与会PI交流

　　以往对CiVDS的研究多集中于外周神经元的胞体，那么CiVDS是否存在于突触传递（尤其是中枢神经系统的突触传递）中呢？接下来周专教授介绍了课题组在这一问题上的重要进展，他们发现CiVDS存在于初级感觉神经元（外周）和脊髓背角神经元（中枢）形成的突触传递中。在背根神经节神经元与脊髓背角神经元共培养系统中，在不含钙离子的环境下记录到由CiVDS分泌的谷氨酸介导的兴奋性突触后电流（CiVDS mediated Excitatory Post Synaptic Current, EPSCCiVDS）。钙成像、钙离子螯合剂BAPTA（可以快速螯合进入胞内的钙离子）处理等方法均证实EPSCCiVDS的确不需要钙离子的参与。

　　通过对突触前后双细胞膜片钳记录以及使用光遗传学特异性激活DRG神经元的方式，证实了EPSCCiVDS来自于突触前的DRG神经末梢。使用遗传学方法证明了EPSCCiVDS需要N型钙通道以及SNARE蛋白的参与。同钙离子依赖的分泌（CDS）相比，在由CiVDS介导的分泌中囊泡循环过程更快，并且在神经元持续活动中单纯的CDS逐渐被压抑，此时CiVDS逐渐在总分泌中占据的主要成分，这也暗示CiVDS很可能在神经信息的传导中发挥了重要作用。

　　最后，周专教授还介绍了课题组在交感神经系统中也同样观测到CiVDS，并对这一分泌模式的潜在功能做了细致的讨论。

　　会上，围绕CiVDS分泌的分子机制以及这种分泌方式的生理意义，周专教授与李毓龙、饶毅、罗冬根、Yuji Naya等PI展开深入讨论交流。

　　北京大学IDG麦戈文脑科学研究所PI交流会每月定期举行，旨在加强研究所各实验室之间的学术交流，促进跨学科研究深度合作。

　　1. Katz, B. & Miledi, R. THE EFFECT OF CALCIUM ON ACETYLCHOLINE RELEASE FROM MOTOR NERVE TERMINALS. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences 161, 496-503, doi:10.1098/rspb.1965.0017 (1965).

　　2. Zhang, C. & Zhou, Z. Ca(2+)-independent but voltage-dependent secretion in mammalian dorsal root ganglion neurons. Nature neuroscience 5, 425-430, doi:10.1038/nn845 (2002).

　　3. Zhang, C. et al. Calcium- and dynamin-independent endocytosis in dorsal root ganglion neurons. Neuron 42, 225-236, doi:10.1016/s0896-6273(04)00189-8 (2004).

　　4. Zheng, H. et al. Action potential modulates Ca2+-dependent and Ca2+-independent secretion in a sensory neuron. Biophysical journal 96, 2449-2456, doi:10.1016/j.bpj.2008.11.037 (2009).

　　5. Chai, Z. et al. Ca(V)2.2 Gates Calcium-Independent but Voltage-Dependent Secretion in Mammalian Sensory Neurons. Neuron 96, 1317-1326.e1314, doi:10.1016/j.neuron.2017.10.028 (2017).

　　6. Huang, R. et al. Ca(2+)-independent but voltage-dependent quantal catecholamine secretion (CiVDS) in the mammalian sympathetic nervous system. Proc Natl Acad Sci U S A 116, 20201-20209, doi:10.1073/pnas.1902444116 (2019).

　　7. Wang, Y. et al. Ca(2+) -independent transmission at the central synapse formed between dorsal root ganglion and dorsal horn neurons. EMBO reports, e54507, doi:10.15252/embr.202154507 (2022).