了解神經迴路連結的機制，是探索大腦功能如何運轉的基礎。台大醫學院潘俊良教授研究團隊以無脊椎動物線蟲為模式生物，發現感覺神經的樹突可以透過依附在周圍神經的軸突而建立完整的分支結構，為學界首度證實構造與功能完全相異的神經突起之間也可以形成神經束，也為了解樹突發育及建構神經迴路提供了全新觀點。以往學界認為樹突的發育主要受到內在基因表現調節，然而近年來許多研究發現神經周圍的組織細胞對於樹突發育亦有莫大影響。台大研究團隊發現線蟲的PVD神經樹突會依附另一個神經細胞ALA的軸突生長，當去除ALA神經後，PVD神經樹突的發育出現明顯異常，而此過程受到細胞表面黏著蛋白L1CAM和位於PVD神經細胞的受體蛋白Robo所調控。在果蠅、老鼠及人類中皆有L1CAM和Robo，並分別參與許多神經發育過程，Robo突變會導致人類腦神經遺傳性病變，證明這些分子在演化上的重要性。團隊更進一步發現，L1CAM-Robo的訊息傳遞可調控神經生長錐細胞骨架的動態變化，推進樹突的發育。異常發育的樹突會使線蟲誤判來自周遭或體內肌肉收縮的訊息，而呈現出異常的運動節律。本研究為解構神經形態與迴路的分子機制提供了重要的新觀點。

　　神經細胞美麗又複雜的形態，數百年來一直是生物醫學界迷人又難解的謎題。了解神經的形態，不僅有助於解構神經迴路連結的機制，更是了解大腦功能如何運轉不可或缺的知識。小到一根手指的動作，大至思考與學習的過程，都需要神經細胞精準的連結。哺乳類生物的大腦極其複雜，利用結構簡單但功能近似的無脊椎生物，常常能開啟腦科學研究的嶄新窗口。

　　台大醫學院分子醫學研究所潘俊良教授研究團隊日前發表論文於知名國際期刊Developmental Cell，其研究發現線蟲的神經發育過程中，感覺神經的樹突 (Dendrite) 可以透過依附在周圍神經的軸突 (Axon) 而建立完整的神經結構，確保感覺訊息可以正確傳遞。過去科學界僅知神經的軸突與軸突之間可以形成神經束，而此項研究成果提出嶄新觀點，發現神經樹突也可以黏附在軸突上來建立複雜的樹突形態，為了解神經樹突發育及建構神經迴路提供了新的視野。

　　動物對周遭環境的感知和反應倚賴精密的神經網絡；神經細胞中樹突負責收集訊息，並藉由軸突將訊息傳遞下去，因此樹突結構的異常會影響神經訊息的傳遞。以往學界認為樹突的發育主要受到內在基因表現調節，然而近年來許多研究發現神經周圍的組織細胞對於樹突發育亦有莫大影響。線蟲的PVD神經細胞樹突呈現如燭台狀般華麗而複雜的形態，PVD的末梢分枝會受到周圍皮下組織的引導，藉由樹突與皮下組織之間的交互作用建立完整的樹突結構。除此之外，PVD的樹突主軸緊貼其他神經的軸突，但卻未有任何研究探討此一現象的生理意義。

　　本研究的第一作者陳俊豪博士後研究員首先藉由一系列的遺傳學及細胞學實驗，證明PVD神經的樹突會依附另一個神經細胞ALA的軸突生長，當去除ALA神經後，PVD神經樹突的發育出現明顯異常。陳博士發現ALA的軸突會表現一種細胞表面黏著蛋白L1CAM，把訊息傳遞給PVD神經細胞的受體蛋白Robo。失去ALA的L1CAM或PVD的Robo皆會導致PVD的樹突縮小並產生極度異常的樹突型態。在老鼠、果蠅及線蟲中皆有L1CAM和Robo，並分別參與許多神經發育過程，證明這些分子在演化上的重要性。

圖一：L1CAM-Robo訊息調控線蟲ALA軸突與PVD樹突之間形成神經束。

　　過去僅知Robo可和Slit因子結合，此研究首次證明L1CAM和Robo之間也有直接的交互作用，且協助樹突完整發育。

　　為了更深入了解其中的機轉，陳博士以高速的轉盤式共軛焦顯微鏡分析樹突生長的活體即時影像。在發育過程中樹突藉由生長錐（growth cone）的引導往正確方向生長；當PVD的樹突無法貼附在ALA的軸突時，其生長錐會異常增大且無法順利延展。陳博士發現，L1CAM-Robo的訊息傳遞可調控生長錐內的F-actin細胞骨架使生長錐呈現正確的動態變化，推進樹突的發育。異常發育的樹突會使線蟲誤判來自周遭或體內肌肉收縮的訊息，而呈現出異常的運動節律。陳博士相信此研究可幫助我們了解樹突的形態與感覺運動功能協調之間的關係。Development Cell是發育生物學中極富盛名的頂尖期刊，其期刊重視論文的嚴謹度及影響力，足見本實驗成果受到學界的重視。

 　　陳俊豪博士在潘俊良教授的實驗室完成博士學位及兩年的博士後訓練，目前在科技部千里馬計畫的支持下，於加州理工學院生物系Paul Sternberg教授的研究室，繼續利用線蟲進行神經科學的研究，他最近更獲得科技部愛因斯坦計畫，是極具研究潛力的年輕科學家；台大醫學院第一共同研究室影像核心的徐華蔓小姐發揮她在顯微攝影方面的頂尖專業，幫助本篇論文在短時間內收集許多重要數據。其他作者包括碩士班學生許皓瑋和博士班張運玄。