作为神经系统的基本单位，感觉-运动反射回路具有快速且稳健的特性。然而，考虑到多种遗传扰动可改变感觉神经元的功能，这种稳健性是如何实现的尚不完全清楚。

2026年5月26日，香港大学郑超固独立通讯在PNAS 在线发表题为“Synaptic and neural pathway redundancy enables the robustness of a sensory-motor reflex and promotes predation escape in Caenorhabditis elegans”的研究论文。该研究通过解析秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）触觉反应回路中神经元连接的分子基础，作者发现在神经通路、突触和分子水平上普遍存在遗传冗余性，这确保了感觉信号能够传递至控制运动输出的命令中间神经元。

作者还发现了前部回路的发育性重塑，这一过程导致幼虫突触的修剪、激活额外中间神经元的第二条通路的建立，以及回路的偏侧化。最后，作者发现在简单触觉检测中看似功能冗余的突触，以叠加方式共同影响逆转反应的程度，这可能有助于生物体逃避捕获。

感觉-运动反射回路是动物复杂神经系统中进化上保守的构建模块。该回路包括感觉神经元、中间神经元和运动神经元。感觉神经元直接或间接（通过感觉器官）检测环境刺激（如光、声音、气味、触觉和温度），并将其转化为电信号。该信号通过神经通路传递至中间神经元，通过突触激活或抑制它们。随后，中间神经元控制运动神经元的活动，运动神经元进而激活效应肌肉以引发运动反应。在单突触反射中，感觉神经元也可直接与运动神经元相连。

为帮助宿主生物规避危险，感觉-运动反射需具备稳健性。然而，稳健系统通常难以接受适应所需的修饰和进化创新。解决这一悖论的一种方法是使感觉神经元易于修饰和进化（例如，通过表达新受体、调整检测阈值、进化适应机制等），同时在感觉神经元与中间神经元之间的信号传递中创建冗余。这一假设得到了来自多种生物研究的证据支持。例如，针对感觉感知缺陷突变体的遗传筛选——如果蝇（Drosophila）的趋光性、秀丽隐杆线虫（C. elegans）的趋化性和机械感觉、斑马鱼（zebrafish）的声惊吓反应和小鼠（mice）——通常发现涉及感觉器发育和功能的基因，但很少发现涉及突触传递的基因。这表明，反射的稳健反应可能依赖于感觉神经元下游高效且潜在冗余的信号传导。然而，这种稳健性和冗余性的分子及细胞基础尚不完全清楚。在此，作者将冗余性定义为多个基因或通路补偿彼此缺失的能力，将稳健性定义为神经回路承受遗传干扰的能力。

图1.UNC-1和UNC-24调节UNC-9缝隙连接（摘自PNAS ）

尽管40年前已知触觉回路的物理图谱和功能连接组，但该回路中神经元连接的分子基础在很大程度上仍是未知的。针对触觉不敏感突变体的饱和正向遗传筛选发现了18个触觉反射反应所需的基因。有趣的是，所有这些基因都调控TRN的分化或机械感觉功能，没有一个基因调控感觉神经元下游的突触传递。随后，对所有必需基因（其突变无法从诱变筛选中分离出来）进行的RNAi筛选鉴定出另外61个参与触觉感知的基因，但其中很少有或没有一个特异性调控突触。这些结果提示，存在调控下游中间神经元激活的遗传冗余性。

在此，作者鉴定了构成触觉回路中神经元连接分子基础的突触蛋白，并发现了通过基因、突触和神经通路水平上的不同机制实现的多层冗余性。作者还观察到在回路发育重塑过程中的突触修剪，这有助于建立冗余的中间神经元通路。最后，尽管冗余的基因、突触和通路确保了成虫动物的稳健触觉反射，但它们都以加性方式共同影响触觉反应的程度，并使动物能够逃脱肉食性线虫的捕食。总体而言，作者的工作提供了一个示例，说明如何在感觉-运动反射中构建冗余性以确保其稳健性。

参考消息：https://doi.org/10.1073/pnas.2531407123