Nature重要成果解析神经元的超快内吞

　　神经细胞通过小囊泡相互传递神经信号，犹他大学和德国生物学家合作，发现神经细胞循环利用这些囊泡的新机制。研究显示，与此前提出的两种回收机制相比，新机制要快得多。文章于十二月四日发表在Nature杂志上。

　　在小鼠脑细胞释放神经信号时，研究人员将其快速冷冻，并通过电镜对脑细胞成像。他们发现，小囊泡将神经递质释放到神经元之间的空隙(突触)后，只需十分之一秒就能被回收形成新的囊泡。

　　“没有这样的回收措施，我们就无法实现连续的思考和行动，”文章的资深作者，犹他大学教授Erik Jorgensen说。“这一过程也可以保护神经元，防止ALS和阿尔茨海默症等神经退行性疾病。因此，理解这一过程可以帮助人们开发相应的治疗方式。”

　　在一个脑细胞中，用于传递化学信号的囊泡保持在300到400个，每秒都有数百个囊泡在释放神经递质，文章第一作者Shigeki Watanabe介绍到。

　　细胞通过内吞作用回收囊泡，而这项研究中的新机制被命名为“超快内吞”。研究显示，一个囊泡的循环使用只需十分之一秒，回收过程发生在活性区域的边缘。活性区域是指神经细胞末端，囊泡将神经递质释放到突触的地方。

　　研究人员相信，超快内吞是囊泡回收最普遍的途径，不过该研究并没有否定此前所提出的另外两种机制：Kiss-and-run 内吞、和网格蛋白介导的内吞。

　　•Kiss-and-run 内吞：大约需要一秒，囊泡触及神经细胞内侧，释放神经递质，然后脱落以形成新的囊泡

　　•网格蛋白介导的内吞：据称需要二十秒，由网格蛋白自行组装为球形，进而形成新的囊泡。

　　今年早些时候，Jorgensen、Watanabe及其同事曾在eLife杂志上发表过一个相关研究，描述了线虫中的超快内吞。而这项新要就又向人们展示了，小鼠海马体脑细胞中的超快内吞。这说明哺乳动物与线虫采取了同样的回收方式。

　　为了成像神经细胞中的小囊泡活动，研究人员采取了巧妙的方法。

　　首先，他们对小鼠海马体的脑细胞进行基因工程改造，海马体常被用于研究记忆的形成。这些脑细胞中添加了藻类基因，使神经元产生一种“离子通道”，该通道可作为光激活的开关。随后他们将脑细胞放入超低温的高压小室。

　　对这些小鼠脑细胞闪烁蓝光，会使它们开始释放神经递质，此时研究人员再用液氮将其冷冻。为了在整个过程中捕捉神经元的快速活动，冷冻时间分别是蓝光闪烁后的15毫秒、30毫秒、100毫秒、1秒、3秒、10秒。该方法成功捕捉到了细胞内的所有运动，甚至包括膜的融合。随后，研究人员将神经元放入液态的环氧树脂使其变硬，以便进行切片供电镜观察。由此，电镜成像展示了回收囊泡的快速形成。