原创陈丽丽高尚邦细胞世界收录于合集#神经细胞生物学44个
怂，不丢人！为了生存，碳基生命在38亿年的漫长进化历程中演化出一项听起来有点怂但其实很彪悍的能力——逃跑。快速、协调、精准的逃避，是我们生物赖以生存的本能行为。
三十六计，跑为上计
逃跑，专业点说，叫本能逃避行为。细心观察，你会发现同一物种对危险刺激表现出高度一致的逃避行为响应，即稳健的逃避运动序列。可以想象：当一只宠物猫感觉到背后有只大黄狗要偷袭，会立即身体拱起，毛发直立，瞬间跳起，迅速逃跑，这就是一个连续的逃避运动序列。又比如，用木棒刺激幼年斑马鱼（脊椎类模式生物）的尾部，它的身体会迅速弯曲，呈现C型或S型，随后利用弯曲力加速离开[1,2]。在经典遗传学中常用的昆虫模式生物果蝇也是如此，它遇到危险时瞬间就能完成一整套模式化的逃避运动序列：最开始所有足与地面接触，转换为移动后足调整起飞方向，翅膀微微抬升，足部蓄力起跳，翅膀展开起飞[3]。
类似的逃避行为存在于几乎所有已被观察过的生物中。因此可以推断，模式化的逃避运动序列高度保守。
图1果蝇逃避行为序列示意图[3]。
秀丽线虫告诉你，神经系统如何调控逃避运动序列
为了保障逃避运动序列的稳定性和协调性，神经系统要怎样实施调控？动辄以亿计数神经元的高等生物（包括人类），其神经系统非常复杂，这使得我们既无法全面观察所有神经元的功能，也不好精准操控特异神经元的活性。现阶段，依托紧凑的神经系统来解析复杂行为（包括逃避行为）的神经环路与分子机理，是理性且有效的选择。
图2线虫稳健有序逃避行为示意图[4]。前进中的线虫头部受到机械刺激后，会立刻开启后退，Ω转向后前进的运动序列。
小小的秀丽隐杆线虫（简称秀丽线虫或线虫），能帮上大忙。和其它生物一样，秀丽线虫具备高度协调的运动序列[4-7]。当前进中的线虫头部接受到伤害性刺激（比如机械压力等）后，~97%的线虫表现为长时程后退行为，紧接着运动模式转换为前进，并伴随头部引导、腹部偏置的大角度转向，使线虫重新调整行进方向，远离危险。因此，线虫存在着模式化的稳健的逃避运动序列。
线虫也是目前唯一的、全脑神经系统被电镜完整重构并解析的多细胞生物[5-8]。雌雄同体成年线虫共有个神经元[7,8]，按功能分为感觉神经元，中间神经元，运动神经元三类。线虫可以通过功能特化的感觉神经元感知机械、化学、气味、高渗等伤害性刺激，感觉输入层（桔红色）接受外界环境不同形式的刺激，将信息传递到中间神经元（蓝色）。中间神经元类似于高等生物的大脑，接收上游感觉信号，整合后传递到下游运动神经元（绿色），最终支配肌肉协调运动发生。
图3线虫的三层的神经网络。感觉、中间和运动神经网络。
逃避运动模块与运动CPG
电镜精确重构的完整神经连接图谱[5,7,8]，为研究神经功能网络工作原理与分子机制创造了优越条件。通过调控节律运动的神经环路（统称为centralpatterngenerator或CPG，即中央模式产生器），能够揭示逃避运动模块的许多秘密。成虫运动神经环路包括：两类中间神经元（包括AVB、PVC；AVA、AVD、AVE五对中间神经元）；五类腹侧神经索运动神经元（包括21个A神经元、18个B神经元、19个D神经元、6个VC神经元以及11个AS神经元）。AVB、PVC中间神经元通过化学突触和电突触与B运动神经元连接，共同调控向前运动；AVA、AVE、AVD中间神经元通过化学突触和电突触与A运动神经元连接共同调控向后运动。A、B神经元分别通过化学突触连接肌肉形成神经肌肉接头调控或响应肌肉收缩，驱动运动产生。D神经元接受A、B神经元的突触连接，当A或B神经元驱动一侧肌肉收缩时，同时激活D神经元通过释放GABA抑制对侧肌肉收缩从而协调运动。
图4线虫运动神经模块与运动CPG。
我们发现，线虫负责前进运动的B运动神经元和后退运动的A运动神经元不只是运动的执行者，它们本身还是CPG的组成部分，能产生自振荡信号，直接驱动运动发生[9-11]。线虫运动前中间神经元AVA、AVB的下行控制信号调制了运动神经元的振荡信号[9,10]，同时运动神经元的活性还受到本体感受信号的调节[11]，这些因素相互结合，最终实现线虫的协调运动。
逃得稳和快，还看神经肽
调控逃避行为的神经网络以毫秒级快速传递信息的化学突触和电突触连接，以实现逃避的时效性。神经系统中还存在另一类传递距离较远、时程较慢（分钟到小时）的神经调质（如神经肽）。神经肽在本能逃避行为中的作用知之甚少。在对转向调控的研究中，我们发现神经肽在快响应的逃避行为稳健性中具有重要作用。野生型线虫中，超过76%的线虫以接近的头部重定位使线虫前进的方向与危险物呈最大夹角，而在nlp-18突变体线虫中，只有约33%能完成大角度转向，因此逃避效率下降。通过在特异性神经元上基因回补和神经元特异敲低等实验，我们还发现味觉感受神经元ASI释放NLP-18促进稳健逃避转向。
图5NLP-18-CKR-1肽能信号调控线虫稳健逃避示意图[4]。
结语
生物逃避运动的稳定性有助于抵抗外界干扰，有序性则能保证能量利用最优化。因此可以说，“怂商”堪比智商，逃跑让生命更美好。不仅如此，研究运动系统的协调性机制对我们理解和预防运动障碍疾病也具有重要意义，有助于进一步破解运动神经系统障碍疾病中的谜题。
作者简介
陈丽丽湖北省武汉市华中科技大学生命科学与技术学院，分子生物物理教育部重点实验室
高尚邦湖北省武汉市华中科技大学生命科学与技术学院，分子生物物理教育部重点实验室
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