血管对人体神经元的调节作用
人体堪称十分之复杂。成千上万的组分在人体之中的交互作用，才得以确保人体的每个组织结构都能够运转正常，并且和其他组织结构高度和谐协同工作。那么理所当然，大脑也不例外。而事实上，大脑是上述这些交互作用研究的理想素材。我们对生长发育乃至成年时期大脑的功能性在分子层面的研究和理解是不够完善的。因此，正如我们所知，神经科学学科的专家学者们在解读大脑构造领域相关的每个分子路径方面都付出了卓越努力。
血管并非只是血液通道
大脑不仅是由神经元组成，其同时也含有很多其他种类的细胞而得以构建，这些细胞提供支持，提供养分乃至拥有其他功能。经过不断的探索研究，我们发现了这些所述的其他细胞的更多的功能。近日有一项研究令业界震惊：在大脑组织中穿梭循环的维管系统细胞（也就是血管细胞）的功能不仅是提供营养供给以及构建血脑屏障之作用。维管系统甚至可以和神经回路之间产生联系，并且对它们有调节作用。因此也就是说血管细胞能够直接影响认知。该现象是在周围神经系统（也就是环绕身体的神经系统）中发现的。那自然而然的下个问题就是，这种调节作用是否也存在于中枢神经系统（也就是脑和脊髓，当然大脑是中枢神经系统的主要部分）。
Sema 3G蛋白，被血管壁分隔的蛋白
为验证是否大脑中血管细胞对神经回路有调节作用，浙江大学的谭超等学者进行了相关实验。该团队选择了一种只由内皮细胞（也就是血管内壁细胞）分泌而非其他大脑细胞所能分泌的蛋白。该选定蛋白是需要通过另外一种蛋白neuropilin-2 (Nrp2)来实现其功能的Semphorine 3G (Sema 3G)蛋白。Sema 3G蛋白存在于成年动物大脑中，对成年动物的神经元（突触）的互联可能有影响。
为研究大脑中的Sema 3G展现的功能，该团队创造了一组不含能够表达该蛋白的基因缺乏体实验鼠。该过程被称为Sema 3G蛋白的基因剔除。获得基因剔除的实验鼠后，首先要确定基因剔除后是否会对研究对象的血管结构以及血脑屏障有所影响。研究结论是这些基因剔除体没有明显的变化。因此可以断定，缺失了该蛋白不会影响大脑血管的结构层面。
ViewPoint公司的Videotrack系统在研究实验鼠的Sema 3G蛋白表现大放异彩
以未变异的正常实验鼠作为对照样，对Sema 3G蛋白基因剔除的实验鼠和正常实验鼠进行行为研究分析。谭超团队进行了以下测试：Y型迷宫记忆试验，迷宫由三条完全相同的通道臂组成，实验鼠可以在三条臂中自由选择行进（记录通道选择来确定记忆性）；转棒试验，测量运动协调性；爬杆实验，实验鼠被放置在一根垂直的木杆顶部，记录其爬到杆底时间；悬尾实验，实验鼠尾巴被悬挂而分析其行为，到其放弃挣扎，进入特有的抑郁不动状态；旷场实验，实验鼠被放置在方盒中心，记录它们的行为，从而评估它们的自主活动和紧张度；最后是学习和记忆测试。上述的大部分测试都可以通过ViewPoint公司的Videotrack v3程式而自动化评估。该程式的使用可以确保得到无偏结果，加快测试进程并且自动计算每个实验体的参数。此外，使用Videotrack系统无须在实验体身上设置传感器，因此不会增加被实验体的应力水平，从而获得更为精确的结果。该系统是动物行为分析的理想设备。
Sema 3G蛋白是健全的神经联络的重要一环
经过对被实验体的行为测试，谭超团队发现，对比参照组，基因剔除的实验鼠海马依赖记忆提取功能（也就是依赖于海马体的大脑结构的情境记忆的提取）受到了明显的损伤。观测结论如下：Sema 3G蛋白是成年鼠的神经联络方面的正常海马体功能的重要一环。
另外，在记忆功能的损伤方面，该团队发现，众多其他的实验事实也表明缺失Sema 3G蛋白会造成海马体神经元连通性降低；他们可以观测到这些神经元结构和神经信号传输的变化。因此他们认为Sema 3G蛋白是神经元功能不可或缺的。
该团队也评估了Sema 3G蛋白是如何在海马体神经元中产生作用的。他们认为Sema 3G蛋白在这些神经元中和受体Nrp2/PlexinA4结合，从而激活了Rac1蛋白。了解准确的分子路径对于该过程操控和修饰具有重要意义。
总而言之，该发现表明Sema 3G蛋白在正常海马体连通性和海马体相关的学习记忆功能方面是不可或缺的。神经与血管的交互作用确保了生长发育以及成年的正常神经功能。
Sema 3G蛋白的科研远景
为何该发现具有重要意义？事实上，基因剔除的实验鼠所呈现的变化极其相似于多种神经变性和精神病的紊乱所表现的畸形性状。比如，可以类推到阿尔茨海默疾病或者是精神分裂所呈现的认知能力下滑以及记忆缺失。该发现为Sema 3G蛋白在认知障碍中的可能的作用提供了临床参考，为Sema 3G蛋白在未来治疗领域应用打开了一扇大门。未来研究课题应聚焦在激活Sema 3G蛋白是否会对保持正常神经元连通性和认知行为方面具有临床价值。
参考文献
Tan C, Lu N, Wang C, Chen D, Sun N, Lyu H, Körbelin J, et al. (2019).Endothelium-Derived Semaphorin 3G Regulates Hippocampal Synaptic Structure and Plasticity via Neuropilin-2/PlexinA4. Neuron.101(5); 920-937. doi: 10.1016/j.neuron.2018.12.036
