有缺陷的钾通道会扰乱大脑的导航系统

钾通道KCNQ3是我们大脑生成精确空间图所必需的。在小鼠中，KCNQ3功能缺陷对内部导航系统有可测量的影响。

　　

除了其他生理过程外，肌肉和神经细胞的兴奋性也需要钾。钾离子通过各种离子通道穿过细胞膜外，从而产生电流。20年前，柏林莱布尼茨分子药理学研究所(Leibniz Research Institute for Molecular Pharmacology, FMP)的Thomas Jentsch教授的团队发现了编码钾离子通道家族KCNQ2-5的基因，并证明KCNQ2和KCNQ3的突变可导致人类遗传性癫痫。由于这项开创性的研究，制药公司能够开发出针对性的抗癫痫药物。

现在，由Thomas Jentsch领导的分子生物学家团队和由FAU生理学和病理生理学研究所教授Alexey Ponomarenko指导的神经生理学家团队，以及美国康涅狄格大学和科隆大学的科学家们，发现KCNQ3也可能在阿尔茨海默病和其他认知障碍中发挥作用。

大脑中的精确导航图

正常情况下，传递素乙酰胆碱会抑制神经元钾的流动，而钾的流动对于皮层的兴奋性以及记忆和注意力都是必要的。众所周知，阿尔茨海默病患者逐渐失去这种胆碱能神经调节作用。

目前的研究探讨了KCNQ3通道在大脑导航系统的神经调节中的作用。这些位置域作为大脑的内部地图，是几年前获得诺贝尔奖的一项发现。“我们发现，在KCNQ3通道的控制下，位置细胞产生的各种信号是如何与大脑节律相互作用，形成精确的空间地图的，”阿列克西·波诺马伦科(Alexey Ponomarenko)说。

由Thomas Jentsch的小组制造的KCNQ3通道有缺陷的敲除小鼠显示了不同的图像。虽然健康小鼠的位置细胞的活动模式遵循特定的时间和空间模式，但在敲除小鼠中，单个或几乎同时发生的多个(突发)位置细胞信号的突触传递是无序的。“当爆发时，它们通常有一定的节奏。波诺马伦科教授解释说，但在突变体中，脉冲不受节奏控制，而是在完全随机的时间或节奏阶段发出。这有效地抑制了单一动作电位，造成了位置细胞活动模式的不平衡。”

结合光遗传学实验，将15微米厚的硅探针植入行为自由的啮齿动物的海马体进行记录，为研究大脑功能提供了令人兴奋的见解。此外，美国的团队成员证明了KCNQ3通道的缺失导致神经元钾电流(这里是m电流)的显著减少。

Ponomarenko教授强调说:“虽然到目前为止还没有足够的数据用于临床应用，但我们的研究结果表明，KCNQ3通道可能是未来治疗阿尔茨海默氏症和其他痴呆症药物研究的潜在靶点，至少在早期阶段是这样。”此时位置细胞可能仍然存在，但胆碱能神经调节功能已经消退。”需要更多的研究来更好地了解KCNQ3在大脑中的作用。

Journal Reference:

1. Xiaojie Gao, Franziska Bender, Heun Soh, Changwan Chen, Mahsa Altafi, Sebastian Schütze, Matthias Heidenreich, Maria Gorbati, Mihaela-Anca Corbu, Marta Carus-Cadavieco, Tatiana Korotkova, Anastasios V. Tzingounis, Thomas J. Jentsch, Alexey Ponomarenko. Place fields of single spikes in hippocampus involve Kcnq3 channel-dependent entrainment of complex spike bursts. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-24805-2