新的脑成像突破揭示了帕金森症的线索

一种高速“快速冻结”的方法让科学家们对脑细胞如何发送信息有了迄今为止最清晰的认识。通过在信号触发的瞬间冷冻组织，研究人员揭示了小鼠和人类神经元突触囊泡的行为。这些见解可以帮助解释为什么大多数帕金森氏症患者没有遗传基因变化。这项技术也可能为治疗发展指明有希望的新研究途径。

　　

约翰霍普金斯医学院的研究人员报告说，他们已经成功地使用了一种“快速冻结”的方法来捕捉老鼠和人类活组织中脑细胞之间的快速通信。这种方法使他们能够观察到通常发生得太快而无法追踪的相互作用。

研究小组表示，这项由美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）支持并于11月24日发表在《神经元》（Neuron）杂志上的研究结果，可能有助于揭示帕金森病不可遗传形式的潜在生物学原因。

帕金森氏症基金会指出，散发性帕金森氏症病例占诊断的大多数。这些病例涉及突触的破坏，突触是一个神经元向另一个神经元传递信号的微小部位。约翰霍普金斯医学院细胞生物学副教授、该研究的资深作者Shigeki Watanabe博士说，因为这种连接非常小，而且它的活动展开得很快，所以长期以来对其进行详细研究一直具有挑战性。

渡边说：“我们希望这种在活体脑组织样本中可视化突触膜动力学的新技术可以帮助我们了解非遗传性和遗传性疾病形式的异同。”他补充说，这项技术最终可以指导这种神经退行性疾病的治疗方法的发展。

健康的突触如何传递信息

在健康的大脑中，突触囊泡就像一个微小的包裹，将化学信息从一个神经元传递到另一个神经元。这种交流对学习、记忆形成和信息处理至关重要。Watanabe说，了解囊泡在正常情况下的行为是确定神经系统疾病中沟通开始失败的关键。

Watanabe之前帮助设计了“快速冻结”方法，以可视化突触膜的快速变化（这些结果发表在2020年的《自然神经科学》上）。该方法使用短暂的电刺激来激活脑组织，然后立即进行快速冷冻。这保留了细胞结构的确切位置，以便以后用电子显微镜观察。

在今年发表在《自然神经科学》（Nature Neuroscience）杂志上的早期研究中，渡边将这种方法应用于基因工程小鼠，以研究一种名为交叉蛋白（intersectin）的蛋白质的作用。该研究展示了交叉蛋白如何帮助突触囊泡保持在特定位置，直到它们准备释放并激活邻近的神经元。

在人脑组织中测试该技术

在最新的研究中，研究小组检查了正常小鼠的样本，并将其与从约翰霍普金斯医院接受癫痫手术的六名患者那里获得的活体皮质脑组织进行了比较。这些手术对于切除海马病变是必要的。

研究人员与德国莱比锡大学的延斯·埃勒斯和克里斯蒂娜·李普曼合作，通过观察钙信号，首次证实了“冷冻刺激”在小鼠组织中可靠地起作用，钙信号是促使神经元释放神经递质的触发器。

然后，他们用这项技术刺激老鼠的神经元，并捕捉到突触囊泡与细胞膜融合并释放化学信使的时刻。研究人员还记录了细胞如何回收和回收囊泡，这一过程被称为内吞作用。

当研究小组对人体组织样本进行冷冻处理时，他们发现同样的囊泡循环步骤也发生在人类神经元中。

在老鼠和人类大脑中发现的关键蛋白质

在这两个物种中，研究人员发现了Dynamin1xA的存在，这是一种超快速突触膜循环所需的蛋白质，在据信发生内吞作用的位置。这种相似性表明，在小鼠身上观察到的机制准确地反映了人类的机制。

Watanabe说：“我们的发现表明，超快内吞作用的分子机制在小鼠和人类脑组织之间是保守的。”他指出，这加强了使用小鼠模型研究人类大脑生物学的价值。

展望未来，Watanabe希望在获得许可的情况下，将“快速冷冻”方法应用于从帕金森病患者身上收集的脑组织，这些患者正在接受深部脑刺激手术。目的是观察受影响神经元的囊泡动力学可能有何不同。