《细胞》新发现突破传统理论

　　

生物通报道：肌肉收缩通常发生在神经递质分子从神经细胞释放到肌肉细胞的时候，然而来自美国犹他州大学的研究人员却发现裸露的次原子：质子能像大型的，复杂的神经递质一样导致微小圆蠕虫（线虫）内脏肌肉的收缩。这一研究成果今天公布在《Cell》（1月11日）杂志上。

领导这一研究的是生物学家Erik Jorgensen，犹他州大学大脑研究院科学主任。Jorgensen表示，“细胞内只有少数几种分子能作为神经递质启动电位变化，质子是将近20年以来这一家族的新成员。”

（图片来自Wayne Davis, University of Utah）

传统的神经递质，譬如serotonin, dopamine和GABA，都是由许多原子组成，这一新研究揭示了一个令人惊讶的发现：质子——失去电子的单个氢原子——能从一种圆蠕虫的内脏中通过某种蛋白释放出来，结合在邻近肌肉的受体蛋白上，导致肌肉收缩，从而引起蠕虫排便。

研究人员不仅发现质子能像神经递质一般工作，而且识别出了在蠕虫这一过程中的基因和蛋白，之前的研究表明人类和小鼠的大脑也具有能帮助质子在细胞间移动的质子泵（proton pumps，生物通注）和受体，而这一新研究则进一步发现这些质子也许能作为大脑中的传递神经信号因子。

（图片上部为一正常线虫，下部为大便干燥的线虫，箭头指向线虫的内脏，图片来自Paola Nix, University of Utah）

另一研究员Wayne Davis表示，“这是第一次发现质子能作为神经递质”，“在人类可能也存在这些过程，人类和小鼠大脑和内脏细胞中有质子泵，其中一些被认为能帮助内脏消化食物，那么大脑中的质子泵用来干嘛呢？”

Jorgensen补充道，“缺乏质子受体的小鼠不具有学习能力，可能就是由于学习需要质子泵和受体的帮助。”
（生物通：张迪）

原文摘要：
 Cell, Vol 132, 149-160, 11 January 2008
 Protons Act as a Transmitter for Muscle Contraction in C. elegans
 『Abstract』

名词解释：
1.proton

一种常见的亚原子粒子，不是基本粒子而是合成粒子，属于费米子，是最早发现的一种重子，是原子核内部的核子之一。

【历史】
〖符号〗 p，H+
〖发现时间〗 1919年
〖发现者〗 欧内斯特·卢瑟福

【基本性质】
〖质量〗 1.6726231 × 10^-27 千克（938.27231 兆电子伏特）
〖相对质量〗 1.007
〖电荷〗 +1 基元电荷（+ 1.60217733 × 10^-19 库仑）
〖粒子自旋〗 1/2
〖粒子磁矩〗 2.7928 单位核磁子
〖作用力〗 引力、电磁力、弱核力、强核力
〖半衰期〗 最短为 1035 年（可视为稳定）

质子是1919年，E.卢瑟福任卡文迪许实验室主任时，用α粒子轰击氮原子核后射出的粒子，命名为proton，这个单词是由希腊文中的“第一”演化而来的。欧内斯特·卢瑟福被公认为质子的发现人。1918年他注意到在使用α粒子轰击氮气时他的闪烁探测器纪录到氢核的迹象。卢瑟福认识到这些氢核唯一可能的来源是氮原子，因此氮原子必须含有氢核。他因此建议原子序数为1的氢原子核是一个基本粒子。在此之前尤金·戈尔德斯坦（Eugene Goldstein）就已经注意到阳极射线是由正离子组成的，但他没有能够分析这些离子的成分。

2.神经递质（neurotransmitter）

在化学突触传递中担当信使的特定化学物质。简称递质。随着神经生物学的发展，陆续在神经系统中发现了大量神经活性物质。
重要的神经递质和调质有：①乙酰胆碱。最早被鉴定的递质。脊椎动物骨骼肌神经肌肉接头、某些低等动物如软体、环节和扁形动物等的运动肌接头等，都是以乙酰胆碱为兴奋性递质。脊椎动物副交感神经与效应器之间的递质也是乙酰胆碱，但有的是兴奋性的（如在消化道），有的是抑制性的（如在心肌）。中国生理学家张锡钧和J.H.加德姆（1932）所开发的以蛙腹直肌标本定量测定乙酰胆碱的方法，对乙酰胆碱的研究起了重要作用，至今仍有应用价值。②儿茶酚胺。包括去甲肾上腺素（NAd）、肾上腺素(Ad)和多巴胺（DA）。交感神经节细胞与效应器之间的接头是以去甲肾上腺素为递质。③5-羟色胺（5-HT）。5-羟色胺神经元主要集中在脑桥的中缝核群中，一般是抑制性的，但也有兴奋性的。中国一些学者的工作表明，在针刺镇痛中5-羟色胺起着重要作用。④氨基酸递质。被确定为递质的有谷氨酸（Glu）、γ-氨基丁酸（GABA）和甘氨酸（Gly）。谷氨酸是甲壳类神经肌肉接头的递质。γ氨基丁酸首先是在螯虾螯肢开肌与抑制性神经纤维所形成的接头处发现的递质。后来证明γ-氨基丁酸也是中枢的抑制递质。以甘氨酸为递质的突触主要分布在脊髓中，也是抑制性递质。⑤多肽类神经活性物质。近年来发现多种分子较小的肽具有神经活性，神经元中含有一些小肽，虽然还不能肯定它们是递质。如在消化道中存在的胰岛素、胰高血糖素和胆囊收缩素等都被证明也含于中枢神经元中.