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枝形吊灯细胞（chandelier cell，ChC）或轴突-轴突细胞（axon-axonic cell）是一类独特的中间神经元，它们的轴突在兴奋性主（锥）体神经元的轴突始段（axon initial segment，AIS）形成突触连接。虽然ChC与其它类型中间神经元相似释放突触递质γ-氨基丁酸（GABA），但对所支配的主体神经元的膜电位产生去极化（或兴奋性）还是超极化（或抑制性）效应仍有争论。新近的一些研究也提出，ChC的突触效应依赖于所支配的神经元的膜兴奋性性，在微环路中即可兴奋静息兴奋性神经元，同时也抑制活跃的性神经元。神经元AIS是生成动作电位的关键部位，因此ChCs的GABA能输入一直以来被认为在神经元信息输出中发挥门控作用。
然而，对AIS-GABA能输入如何与源自树突的兴奋性输入进行整合（integration）并调控动作电位发放等基本过程尚缺乏系统的定量阐述。
Neuroscience Bulletin在2023年第1期以封面文章发表了来自北京师范大学章晓辉教授团队题为 “Bi-directional Control of Synaptic Input Summation and Spike Generation by GABAergic Inputs at the Axon Initial Segment” 的研究论文。
该研究结合脑片电生理与NEURON仿真计算，阐明了AIS-GABA能突触输入（GABAergic postsynaptic potentials，GPSPAIS）虽然引起膜电位去极化（兴奋性），但既可促进、又可减弱神经元的信息输入-输出功能，这种双向调控作用由它与兴奋性输入（EPSPdend）整合的特定时间窗所决定。
研究人员首先通过采用NEURON仿真模型计算（图1），发现在AIS部位的GPSPAIS与EPSPdend的阈下电位时间整合过程中，分别存在“超线性（supra-linear）”与“次线性（sub-linear）”加和这两个环节，分别发生于GPSPAIS与EPSPdend之间输入时间差分别在“–25 ms to –10 ms”与“–5 ms to +5 ms”这两个特定窗口内（负数值标示GPSPAIS 领先EPSPdend发生）。进一步分析与脑片电生理实验阐明了相关的活动机制，弱激活AIS部位富集的钠离子通道（Nav）对突触电位的“助推效应“（boosting effect）与GABAA受体的“分流抑制”（shunting inhibition）分别介导了上述的两个非线性整合过程。同时，研究人员发现 “Nav-EPSP助推效应“与分流系数k之间存在较好的指数函数关系[f(k, EPSP)]，通过定量修正k数值后，AIS部位的突触整合数值（Sum）基本上可用研究团队先前所建立的计算法则1做准确的模拟计算，即，
图1 NEURON仿真模型计算GPSPAIS表明GPSPAIS-EPSPdend整合过程分别受到钠离子通道的 “助推” 和GABAA受体的 “分流 “作用，在特定时间窗口内呈现双向调节。
神经元的突触输入整合效率决定了其动作电位输出的概率和时空特征。与之相对应，研究人员发现在EPSPdend引发皮层锥体神经元动作电位放电的情况下，AIS-GABA能输入在相似时间窗口内可分别促进和抑制神经元的放电概率（spiking probability），呈现了输入时间依赖的双向调控特性（图2）。
图2 脑片电生理测定GPSPAIS双向调节神经元动作电位的生成效率。通过“动态钳制（dynamic-clamp）电生理记录大鼠皮层第5层兴奋性锥体神经元（A），检测GPSPAIS和胞体兴奋性突触电位(EPSP)的输入时间间隔变化双向地调节记录的神经经元发放动作电位的概率（B）。
综上所述，此项研究阐明了AIS-GABA能输入具有更复杂的功能调控作用，既可促进又可抑制皮层主体神经元的“输入-输出“功能，这种双向效应取决于它与兴奋性输入到达的时间差窗口；同时也建立了AIS部位突触信息整合的基本计算规则。
这些发现为进一步揭示ChCs中间神经元如何调控局部环路神经活动提供了翔实的突触整合机制。
原文链接：
Shang Z, Huang J, Liu N, Zhang X. Bi-directional control of synaptic input summation and spike generation by GABAergic inputs at the axon initial segment. Neurosci Bull 2023, 39: 1–13.
https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-022-00887-w
参考文献：
[1] Hao J, Wang X, Dan Y, Poo MM, Zhang XH. An arithmetic rule for spatial summation of excitatory and inhibitory inputs in pyramidal neurons. Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106: 21906–21911.
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