新方法可以在几分钟内追踪迷幻药对神经元的影响

一种追踪大脑中被迷幻药激活的神经元和分子的新工具可以帮助科学家解开迷幻治疗对脑部疾病患者的好处。

　　

加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的研究人员已经开发出一种快速、无创的工具，可以追踪大脑中被致幻剂激活的神经元和生物分子。这种基于蛋白质的工具被称为Ca2+激活的Split-TurboID (CaST)，发表在《自然方法》(Nature Methods)杂志上。

人们对迷幻化合物作为治疗大脑疾病(包括抑郁症、创伤后应激障碍和物质使用障碍)的价值越来越感兴趣。迷幻化合物，如LSD、DMT和裸盖菇素，可以促进大脑前额皮质神经元及其连接的生长和加强。这种新工具可以帮助科学家揭示迷幻治疗对脑部疾病患者的好处。

加州大学戴维斯分校神经科学和医学院神经学助理教授克里斯蒂娜·金(Christina Kim)说:“考虑这些致幻剂作用的细胞机制很重要。”她是加州大学戴维斯分校致幻剂和神经治疗研究所的附属机构。“它们是什么?”一旦我们知道了这一点，我们就可以设计出针对相同机制但副作用更少的不同变体。”

这项研究为科学家们提供了一种新技术，可以用来逐步跟踪这些化合物有益的神经可塑性作用的分子信号过程。更重要的是，CaST在短时间内完成细胞标记任务，只需10到30分钟，而不是其他标记方法通常需要几个小时。

Kim说:“我们在实验室设计了这些蛋白质，它们可以被包装成DNA，然后放入无害的腺相关病毒中。”“一旦我们将CaST工具和这些蛋白质送入神经元，它们就会在细胞内孵育并开始表达。”

这项研究是与David Olson合作进行的，David Olson是迷幻剂和神经治疗研究所的创始主任，也是化学、生物化学和分子医学系的教授。

大脑的快照

CaST工具利用细胞内钙浓度的变化，这是一种几乎通用的跟踪神经元活动的标记。当神经元表现出高活动时，它们表现出高钙水平。CaST利用这种线索用一种叫做生物素的小生物分子标记细胞。

在这项研究中，Kim和她的同事给老鼠注射了迷幻药裸盖菇素。然后，他们将CaST与生物素结合使用，以识别前额皮质中钙含量增加的神经元。前额叶皮层是受许多脑部疾病影响的区域，也是迷幻剂促进神经元生长和增强的区域。

研究人员还监测了老鼠的头抽搐反应。头抽搐反应是致幻剂引起的幻觉的主要行为关联。

“CaST的好处在于它可以用于行为自由的动物，”Kim说，并指出其他细胞标记技术需要稳定老鼠的头部来完成成像。“生物素也是一种很好的标记底物，因为有许多现有的商业工具可以通过简单的染色和成像方法来报告生物素是否存在。”

这个概念验证实验为被裸盖菇素激活的前额皮质区域提供了Kim所说的“相机快照”。

下一个步骤

Kim和她的同事们现在正在研究使用CaST工具进行全脑细胞标记的方法。此外，他们正在探索如何丰富受致幻剂影响的神经元产生的单个蛋白质的特征。

“我们可以把这些样本送到加州大学戴维斯分校蛋白质组学核心设施，他们可以给我们一个我们鉴定的所有蛋白质的公正的图片，我们想从它们表达的蛋白质、表达的基因等方面检查它们的全部内容，并试图看看接受裸盖菇碱治疗的动物与对照动物或疾病动物模型有什么不同。”

目的是确定致幻剂是如何使脑部疾病患者的细胞特征受益的，阐明其治疗效果的一步一步的细胞过程。

Kim表示有兴趣与Olson的实验室合作进行未来的实验，使用CaST工具来比较致幻剂和非致幻神经疗法诱导的神经元活动。

“CaST将成为研究这些神经治疗药物作用机制的重要工具，”Kim说。