Nature重要成果解析神經元的超快內吞

　　神經細胞通過小囊泡相互傳遞神經信號，猶他大學和德國生物學家合作，發現神經細胞循環利用這些囊泡的新機制。研究顯示，與此前提出的兩種回收機制相比，新機制要快得多。文章于十二月四日發表在Nature雜志上。

　　在小鼠腦細胞釋放神經信號時，研究人員將其快速冷凍，并通過電鏡對腦細胞成像。他們發現，小囊泡將神經遞質釋放到神經元之間的空隙(突觸)后，只需十分之一秒就能被回收形成新的囊泡。

　　“沒有這樣的回收措施，我們就無法實現連續的思考和行動，”文章的資深作者，猶他大學教授Erik Jorgensen說。“這一過程也可以保護神經元，防止ALS和阿爾茨海默癥等神經退行性疾病。因此，理解這一過程可以幫助人們開發相應的治療方式。”

　　在一個腦細胞中，用于傳遞化學信號的囊泡保持在300到400個，每秒都有數百個囊泡在釋放神經遞質，文章第一作者Shigeki Watanabe介紹到。

　　細胞通過內吞作用回收囊泡，而這項研究中的新機制被命名為“超快內吞”。研究顯示，一個囊泡的循環使用只需十分之一秒，回收過程發生在活性區域的邊緣。活性區域是指神經細胞末端，囊泡將神經遞質釋放到突觸的地方。

　　研究人員相信，超快內吞是囊泡回收最普遍的途徑，不過該研究并沒有否定此前所提出的另外兩種機制：Kiss-and-run 內吞、和網格蛋白介導的內吞。

　　?Kiss-and-run 內吞：大約需要一秒，囊泡觸及神經細胞內側，釋放神經遞質，然后脫落以形成新的囊泡

　　?網格蛋白介導的內吞：據稱需要二十秒，由網格蛋白自行組裝為球形，進而形成新的囊泡。

　　今年早些時候，Jorgensen、Watanabe及其同事曾在eLife雜志上發表過一個相關研究，描述了線蟲中的超快內吞。而這項新要就又向人們展示了，小鼠海馬體腦細胞中的超快內吞。這說明哺乳動物與線蟲采取了同樣的回收方式。

　　為了成像神經細胞中的小囊泡活動，研究人員采取了巧妙的方法。

　　首先，他們對小鼠海馬體的腦細胞進行基因工程改造，海馬體常被用于研究記憶的形成。這些腦細胞中添加了藻類基因，使神經元產生一種“離子通道”，該通道可作為光激活的開關。隨后他們將腦細胞放入超低溫的高壓小室。

　　對這些小鼠腦細胞閃爍藍光，會使它們開始釋放神經遞質，此時研究人員再用液氮將其冷凍。為了在整個過程中捕捉神經元的快速活動，冷凍時間分別是藍光閃爍后的15毫秒、30毫秒、100毫秒、1秒、3秒、10秒。該方法成功捕捉到了細胞內的所有運動，甚至包括膜的融合。隨后，研究人員將神經元放入液態的環氧樹脂使其變硬，以便進行切片供電鏡觀察。由此，電鏡成像展示了回收囊泡的快速形成。