大脑细胞的“分子入口”的研究进展

　　

生物通报道：神经生物学家通过极小的黄金粒子去追踪神经元细胞膜上分子入口处起作用的主要分子，从而为研究这个到目前为止很大程度依然未知的部分提供线索。

   来自杜克大学医学中心和北卡罗莱娜大学的研究人员，通过电子显微镜去观察被金标抗体标记的分子——用黄金微粒标记的抗体与对应的抗原结合可以在电镜下显示这些抗原分子的准确的位置。

   在杜克大学的Michael Ehlers博士和北卡罗莱娜大学的Richard Weinberg博士带领下的研究人员，在2004年8月22日的Nature Neuroscience杂志上面发表了他们的研究成果。其它的联合作者是Bence Rácz 和Thomas Blanpied。这个研究项目是由美国国立卫生研究院，精神分裂和抑郁的国际联合研究组织，瘫痪患者基金会和布洛德基金会资助。

   研究的目的是弄清楚神经细胞的细胞膜上的受体是如何进行反复的内吞作用的——在这个过程中，细胞膜上的受体反复被吞进神经细胞内部以重复利用。

   这些受体蛋白被其它神经元释放出来的神经递质激活。这样的激活过程引起了接收神经元的一次神经冲动。神经元对这种化学信号反应的强度决定于神经元细胞膜表面的受体数量。这些连接的强度对于建立大脑中的神经通路——构成认知的基础——来说非常关键。

   在神经元表面的神经递质“接收站”都是蘑菇形的树突棘（dendritic spines）。神经元之间传递信号的区域被称为突触，树突棘接收信号的部分被称为突触后膜。

   神经突触表面的受体再生是在哪里发生，一直是个谜。Ehlers认为。“已知神经突触之间的信号接收只发生在神经突触膜上很少的一块地方，我们称为“突触后致密物(postsynaptic density,PSD)”，”他说。“突触后致密物(postsynaptic density,PSD)只占整个整个神经突触细胞膜的15%，剩下的85%神经突触细胞膜起到什么样的作用，我们至今还不清楚”。

“减弱我们大脑里面神经之间联系的一个方法就是去除突触上面的受体数量，但是这种去除过程在哪里发生，我们仍不清楚。定义显微解剖学上的树突棘，对于了解在我们大脑发育、改变和老化的过程中，神经通讯是如何形成和重建具有根本意义。”

   Ehlers认为，突触后膜上的需要再生的受体需要从PSD上“解离”，穿过脂膜去到"内吞区（endocytic zone）"。在这个未经确定的区域，细胞器附着在受体上，引导其进入吞噬小泡，然后把它传递到相应的部位进行再生或者降解。

   为了详细了解这个区域，研究人员决定跟踪在内吞作用中起重要作用的三个分子的准确定位。Clathrin——在膜上帮助形成吞噬小泡的蛋白质；AP-2——与受体结合并引导受体与Clathrin结合的的分子；dynamin——帮助吞噬小泡脱离细胞膜自由移动的蛋白质。

   研究人员使用用极小的黄金分子分别标记这三种蛋白质对应的抗体，用电子显微镜在大鼠脑组织中寻找这些蛋白质的具体定位。他们的追踪结果显示，所有分子都集中在树突棘的横向区域。

   “假设树突棘是一个大致的球形结构，在12点的位置有一个突触的结构，我们发现这么内吞作用的分子集中在3点和6点的位置，”Ehlers说。他说这些集中的位点标志着这些地方的细胞膜上发生内吞作用。无论这个树突棘是大是小，距离放大或者缩小，这些物质集中的位点都相对保持一致。

“尽管我们始终不是完全清楚这些区域是如何建立的，这些分子是如何通过这个区域进入细胞内部的，通过这些发现，我们可以开始进一步了解一个我们以前所不知道的结构，”Ehlers说。“树突棘隐藏的结构仍然有待研究，这个内吞区仅仅是树突棘上发现的第二个已知功能区域。”

突触后膜上面存在的这个区域和突触前膜上面负责释放神经传递素的区域性质比较相似。

Ehlers认为，树突棘的结构的发现在了解神经细胞之间信号传递上有广泛的应用。“已知很多种类的受体——不仅仅是神经信号传递受体——受到内吞作用（endocytosis）的下调作用（ downregulation ）”Ehlers说。“这些受体包括学习和记忆的受体，耐受药物治疗或者对药物滥用的反应，所以，我认为，我们关于内吞作用位置结构的发现将对这些过程有更加深入的了解。”