摘要：为了弄清楚脑细胞是如何传递化学信息的，科学家们表示，他们已经成功地使用了一种高度专业化的显微镜来捕捉到一种最常见的信号分子——谷氨酸，如何开启通道并让大量带电粒子涌入的更精确细节。这一发现是由约翰斯·霍普金斯医学院的研究人员领导的一项研究得出的，它可能会推动开

为了弄清楚脑细胞是如何传递化学信息的，科学家们表示，他们已经成功地使用了一种高度专业化的显微镜来捕捉到一种最常见的信号分子——谷氨酸，如何开启通道并让大量带电粒子涌入的更精确细节。这一发现是由约翰斯·霍普金斯医学院的研究人员领导的一项研究得出的，它可能会推动开发出能够阻断或打开此类信号通道的新药物，用于治疗诸如癫痫和某些智力障碍等多种病症。3 月 26 日，《Nature》发表了关于这些实验的报告。

约翰斯·霍普金斯大学医学院生物物理学与生物物理化学系助理教授Edward Twomey博士表示：“神经元是大脑的细胞基础，我们感知环境和学习的能力取决于神经元之间的（化学）信息传递。”

科学家们早就知晓，负责神经元间信息传递的一种主要分子是神经递质谷氨酸，这种分子在神经元之间的空隙中大量存在。它在神经元上的落脚点是一个被称为 AMPA 受体的通道，它与谷氨酸相互作用，然后就像一个孔洞一样接收带电粒子。带电粒子的潮起潮落形成了神经元之间的信息传递信号。

为了弄清楚 AMPA 受体极其细微的移动情况（精确到单个原子的层面），研究人员使用了一台非常强大的显微镜，在通信过程中的特定步骤中对这些通道进行成像。在这项研究中，科学家们在约翰斯·霍普金斯大学医学院的一个设施中使用了冷冻电子显微镜（cryo-EM）。

通常情况下，科学家们发现研究处于低温状态下的细胞样本会更容易些，因为这种状态下能提供一个稳定的环境。但 Twomey 的团队发现，在正常体温下，AMPA 受体和谷氨酸活性会增加，这为在冷冻电子显微镜图像中捕捉这一过程提供了更多机会。

为此，科学家们从广泛用于神经科学研究的人类胚胎细胞培养物中提取了 AMPA 受体，并对其进行纯化。然后，他们将这些受体加热至人体温度（37 摄氏度或 98.6 华氏度），之后将其暴露于谷氨酸中。在此之后的瞬间，这些受体被迅速冷冻，并通过冷冻电子显微镜进行分析，以获得 AMPA 受体与主要信号分子谷氨酸结合状态的快照图像。

在对通过冷冻电子显微镜拍摄的超过一百万个图像进行组装之后，研究团队发现谷氨酸分子就像一把钥匙，能够开启通道的“大门”，使其能够更大幅度地打开。这一过程是通过 AMPA 受体的类似贝壳状结构围绕着谷氨酸闭合实现的，这一动作会将下方的通道拉开。

Twomey此前的研究表明，诸如帕瑞派南这类用于治疗癫痫的药物，会像门闩一样固定住 AMPA 受体周围的区域，从而限制通道的开启，并减少癫痫患者脑细胞中已知存在的活跃度。这些发现可用于开发新的药物，这些药物能够以不同的方式与 AMPA 受体结合，从而打开或关闭脑细胞的信号传导通道。他说：“随着每一次新的发现，我们都在逐步弄清楚那些能让我们的大脑正常运转的各个组成部分。”

新闻来源：Medical X Press

参考文献：DOI: 10.1038/s41586-025-08770-0

来源：启真脑机智能基地