现代神经解剖学分析内容和方法的发展特点

【关键词】 神经解剖学 神经系统 生命科学

0引言

神经解剖学是研究神经系统形态和结构的科学，属于解剖学的一个分支. 近年来，随着生命科学相关学科的发展和技术方法的进步，也极大地拓宽了其研究领域.

1当代神经解剖学的主要研究内容

神经系统主要由神经组织构成，神经组织则由神经细胞（神经元）和神经胶质细胞构成. 以往对神经系统的研究多集中在神经元方面，阐明脑内不同结构之间的神经纤维联系及其神经活性物质和受体的分布状况，是神经解剖研究的基本任务之一［1］. 而近年来对神经胶质细胞的研究也日益受到人们的重视，并取得了诸多新认识，加深了对神经系统的理解.

成年动物脑内神经元的形态非常复杂，具有许多突起（树突和轴突），其中投射神经元的轴突的行径长、分支多、联系广泛. 树突和轴突不仅是神经元的重要组成部分，而且在各种神经信息的传入和传出过程中起关键作用. 完整地显示这些突起对于阐明神经元的形态学特征、揭示神经信息的传递和调控过程、阐明脑的构造和机能来说是必须的［1］. 经过100多年的艰苦探索，人类已经基本上了解了神经系统的基本形态和结构，如白质内主要的神经纤维传导束路及其起源和终止部位、灰质的分层及其内的主要核团、脑内一些主要核团（结构）之间的纤维联系、有关神经活性物质及其受体的定位分布等［2］. 当代神经解剖研究的主要任务是阐明脑内一些具有重要功能意义的局部环路及其所含神经活性物质和受体，揭示它们在某些生理或病理条件下的可塑性变化，如对大脑皮层内与学习记忆、情感等有关的局部环路，脊髓背角Ⅱ层（胶状质）内的镇痛局部环路等. 另外，近年来广泛开展的某些神经系统疾病的病因学和病理学探索、神经损伤后的移植和再生过程及其影响因素、某些病理条件下神经组织的可塑性变化及其神经活性物质和受体的动态变化规律等研究，也极大地丰富了神经解剖研究的内容. 虽然近年来分子生物学研究空前发展，但是在神经系统的分子生物学研究中，要想证实结果并令人信服，仍然离不开神经解剖研究结果的支持.

2当代神经解剖研究的新方法及其特点

技术方法的创新是促进自然科学发展的重要因素，一百多年来神经解剖学的发展也充分说明了这一点. 每当一种先进的技术被引入神经解剖学的研究领域，人们对脑的认识也就随之深入一步，方法学的进步在神经解剖学的发展中起着关键作用. 自从20世纪70年代初将辣根过氧化物酶（HRP）应用于追踪神经纤维联系以来，该方面的研究取得了前所未有的迅猛发展. 此后，许多用途广泛、敏感性强并能选择性地进行顺行、逆行标记或同时具有顺、逆行标记的追踪物质，如麦芽凝集素类物质（WGA，PHAL等），荧光素、与神经组织有高度亲合性的毒素（霍乱毒素、河豚毒素等）、生物素类物质（生物素葡聚糖胺，biocytin，neurocytin等）被应用到神经纤维联系的研究，对神经解剖学的发展起到了积极的推动作用［3］. 必须注意的是，几乎每种追踪物质在使用时都存在过路纤维吸收的弱点，故仅靠单向追踪，如逆行追踪或顺行追踪，是远远不够的，必须在逆行（或顺行）追踪的基础上，再用顺行（或逆行）追踪的方法进一步地印证追踪的结果［4］.

免疫组织化学技术在神经解剖领域的应用使神经活性物质及其受体在神经系统内的定位分布以及它们在某些生理或病理条件下的可塑性变化以及变化规律的研究发生了革命性的变化，使多年的悬案得到定论，梦想成为现实. 最近，神经解剖研究领域发展的另一个突出特点是分子生物学研究方法的引入使该领域又焕发出了新的活力. 借助绿色荧光蛋白（GFP）进行神经解剖研究是用形态学手段显示分子神经生物学研究结果的典范. GFP属于报告基因的表达产物，在蓝色光的激发下，可发出绿色荧光［5］. 由于GFP产生荧光无须任何底物或辅助因子，而且可耐受光漂白及福尔马林固定，所以能制成长期保存的标本. 常用的方法有以下两种.

(1) GFP基因重组病毒标记法：通过基因重组方法将GFP基因嵌入某些病毒的基因中，得到GFP基因重组病毒，然后用其进行神经束路的标记. 将带有GFP基因的病毒注射到动物脑内的某一区域，只要一个神经元被一个病毒感染，随着病毒的逐渐增殖，GFP基因便随之到达感染神经元的各个部位，并表达出附着于细胞膜的GFP，直接取材或固定后取材切片后就能直接在荧光显微镜下观察. 也可用GFP抗体进行显色，进行二维或三维重塑，显示神经元的完整轮廓. 由于这种方法标记快而准确、完整、不易褪色，能分别在光镜、激光扫描共聚焦显微镜及电镜下观察，用于不同功能神经元的形态学分析、化学构筑和纤维联系研究，尤其适用于某些特定功能的局部神经环路的研究［5］. 尽管作为追踪的活病毒多为无毒或减毒的病毒，但在处理过程中，除了对病毒进行特别的生物安全（biosafety）检测和注意防护（如注射疫苗等）外，仍需要一定的设备、环境和防护条件.

(2) 制备GFP转基因动物：通过转基因技术将GFP基因选择性地插入（knockin）神经系统的某种神经元的特定基因，如GABA神经元所含的GAD67相关基因. 将这些转基因动物的脑取出后直接切片，在脑片上可以直接观察GFP标记的全部GABA能神经元，也可以对活GABA能神经元进行电生理记录和药理学研究，随后还可进行形态学观察，能显著提高研究的准确性和效率［6］. 此外，利用转基因技术可以将神经系统的某些目的基因选择性地敲出（knockout），被敲出的可以是神经活性物质及其受体或受体亚型的基因等，通过观察基因敲出动物的行为变化、神经元的电生理和形态特点以及对神经系统发育和结构的影响等，可以更准确地阐明神经活性物质及其受体或受体亚型等的作用和机能. 这些方法已有一些成功的例子［7］，实践证明它们不仅是可能的，而且是可行的.

激光扫描共聚焦显微镜（laser scanning confocal microscope， LSCM）问世后，以其分辨率和敏感性高、能实现三维重建、方便地进行多重标记等优点，迅速风靡全球神经科学界，成为最常用的研究工具，也成了先进设备促进科学研究的典范. 但是，LSCM观察到的结果仍然局限于光镜水平，要想确定某些形态学关系，比如突触联系、神经活性物质和受体在亚细胞水平的精确定位及其之间的匹配，必须使用电镜进一步地证实［3］.

神经科学其它领域的研究方法之间及其与形态学研究方法之间也应该且有可能进行综合运用. 在研究局部环路时， 综合运用逆标、 顺标和跨节标记方法将大有裨益［8］. 对于学习、 记忆、 睡眠、 镇痛机制、 神经移植和再生等神经科学领域内的一些急待解决的重大问题， 就更应该强调综合运用研究手段和多学科的协作， 联合攻关， 方能探索问题的本质和取得突破.

彻底揭开脑的奥秘是人类面临的重大课题和挑战，对于提高人类的生活质量具有重要意义. 随着方法学的不断创新和先进技术的不断引进，神经解剖学在神经科学领域依然占据着重要的地位，在揭示脑的奥秘方面发挥着不可替代的作用.

［1］李继硕， 李云庆. 神经科学基础 ［M］. 北京：高等教育出版社，2002:101-115.

［2］Brodal A. Neurological anatomy in relation to clinical medicine ［M］. New York: Oxford University Press， 1981:78-36.

［3］吕国蔚. 实验神经生物学 ［M］. 北京：科学出版社，2002:231-257.

［4］Kbbert C， Apps R， Bechmann I， et al. Current concepts in neuroanatomical tracing ［J］. Prog Neurobiol， 2000， 62(2): 327-351.

［5］李云庆. GFP基因重组病毒在神经解剖研究中的应用 ［J］. 解剖学报，2002， 33(3): 307-311.

［6］Wu SX， Tamamaki N， Wang YY， et al. Distribution of GABAcontaining neurons in the spianl cord revealed by GFP expression in the GAD67GFP knockin mouse ［J］. 神经解剖学杂志，2003， 19(3): 233-242.

［7］Malmberg AB，Chen C，Tonigawa S，et al. Preserved acute pain and reduced neuropathetic pain in mice lacking PKC? ［J］. Science， 1997， 278(5336): 279-283.

［8］李云庆. 镇痛机制的研究思路及研究进展［J］. 复旦神经生物学讲座， 1999， 15: 13-24.