点开这篇文章,你就参与了《科学》最新成果的一次验证

  ▎药明康德内容团队编辑

  当你开始做出动作的时候,比如端起手中的咖啡,开始在电脑前打字,甚至举着手机点开这篇文章的时候,大脑中就开始了一场多巴胺风暴。我们可能对多巴胺的认识是它能够让人兴奋和快乐,但它作为一种神经递质,会帮助调控许多的脑区的活动,其中也包括控制上述动作的部分

  按照常规的逻辑,一件事情想要正常完成的方式最好是从头到尾来执行。科学家对多巴胺神经元的运作机制也是这样认为的,这些神经元一端的树突接收到外环境的信号之后,会开始在神经元内部整合信号,然后沿着另一端的轴突开始传输动作电位直到末端。

  随后这些动作电位让神经递质从末端释放,开始影响邻侧的神经元,然后有条不紊地将信号传输下去。但《科学》的最新研究发现,神经元能做到的不只是这一种方式,它甚至可以从已经处于信号传输下游的轴突来接收信号,在树突不参与的情况下激起多巴胺的合成和转运

  研究团队关注的是被称作纹状体的脑区,其中有大量神经元可以整合信号输入从而调控我们的日常行为。尽管多巴胺神经元位于另一个脑区,但它们的轴突可以延伸至纹状体。正常的流程仍然是多巴胺神经元树突接收信号,然后神经元传递动作电位到轴突,最后释放出多巴胺。

  但乙酰胆碱有时候却能直接在纹状体中启动多巴胺释放,这一点是科学家一直不清楚的。为了解开这一谜团,哈佛医学院的神经生物学教授Pascal Kaeser和研究同事一起设法获取了部分小鼠纹状体组织,借助显微镜的观察,他们发现组织出现了一些多巴胺信号,但此时纹状体中的轴突已经与外部的多巴胺神经元分开了。

  “这一点让人非常震惊,在细胞主体刺激的缺失下,多巴胺仍然发生了释放,”Kaeser教授解释道,“这是一种局域刺激引起的多巴胺释放。” 

  那么在其中起作用的会不会是之前提到的乙酰胆碱呢?尽管纹状体内乙酰胆碱的信号更多,但多巴胺往往会传递得更远,研究推测乙酰胆碱可能其实起着放大多巴胺信号的作用。 

  为了验证这一点,他们尝试在多巴胺神经元的轴突部分添加了乙酰胆碱和一些类似药物,结果这一行为迅速地在多巴胺神经元中引起了动作电位,最终让多巴胺释放了出来。乙酰胆碱通过结合在轴突上的受体启动了一系列事件的发生。

  这不仅说明,多巴胺的释放指令并不需要依赖从头到尾的流程执行,“如果你在轴突提供了足够的乙酰胆碱,那么就不再需要树突了,”Kaeser教授表示。而在小鼠行为观察中,当小鼠动一下它们的头时,乙酰胆碱信号会稍微先于多巴胺信号出现。而一旦轴突的乙酰胆碱受体被破坏之后,小鼠纹状体中的多巴胺水平就有着下降。论文第一作者兼共同通讯作者刘长亮博士补充表示,这种机制可以保证多巴胺和乙酰胆碱在局部区域同步释放,并且可能机制是广谱存在的,因为不仅仅只有多巴胺神经元的末梢会表达乙酰胆碱受体。

  在这一机制的发现也带来了一个基本问题:有没有可能这些受体的主要作用就是产生神经末梢动作电位的?

  当然,研究者表示还需要更多证据来解释这一机制在真实动物行为中的作用,“但我们可以肯定动物中的确存在这种机制,”Kaeser教授表示,他指出了解多巴胺的释放途径也将有助于研究者对包括帕金森病在内的神经系统疾病的理解。

  刘长亮博士认为理论上多巴胺神经元死亡的情况下,仍然可以通过刺激轴突来释放多巴胺。但是实际情况下,多巴胺神经元主体死亡后轴突也无法存活太久,而帕金森病情况下,多巴胺神经元的死亡往往会从轴突开始,这是有点棘手的问题。

  不过研究阐明了多巴胺神经元与乙酰胆碱的调控问题,这有助于未来进一步加深对神经递质的理解,在理解了运动发起的基础上,也将带来更多病理理论和治疗方案。

  读完这篇文章的你,不出意外,大脑也刚刚经历了《科学》新成果发现的多巴胺释放过程,是不是感觉参与了一个大项目呢?

  参考资料:

  [1] Firing it up。 Retrieved Mar 24th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/947318

  [2] An action potential initiation mechanism in distal axons for the control of dopamine release。 Science (2022), DOI: 10.1126/science.abn0532

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