ATP激活突触删除机制与神经障碍疾病有重要联系

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在生物化学中,三磷酸腺苷(Adenosinetriphosphate,ATP)是一种核苷酸,作为细胞内能量传递的“能量通货”,储存和传递化学能。ATP在核酸合成中也具有重要作用。ATP可通过多种细胞途径产生。最典型的如在线粒体中通过氧化磷酸化由三磷酸腺苷合酶合成,或者在植物的叶绿体中通过光合作用合成。ATP合成的主要能源为葡萄糖和脂肪酸。每分子葡萄糖先在细胞质基质中产生2分子丙酮酸同时产生2分子ATP,最终在线粒体中通过三羧酸循环(或称柠檬酸循环)产生最多36分子ATP。喜爱运动的人对三磷酸腺苷(ATP)都不会感到陌生,它是人体最直接的能量来源。最近科学家们有令人意想不到的大发现——ATP在与记忆有关的大脑突触删除机制中也扮演重要角色,从而为突触删除异常相关的神经障碍疾病的治疗提供了新的启发。



啥是突触呢?简单科普下:突触是指一个神经元的冲动传到另一个神经元或传到另一细胞间的相互接触的结构。



突触是神经元之间在功能上发生联系的部位,也是信息传递的关键部位。在光学显微镜下,可以看到一个神经元的轴突末梢经过多次分支,最后每一小支的末端膨大呈杯状或球状,叫做突触小体。这些突触小体可以与多个神经元的细胞体或树突相接触,形成突触。从电子显微镜下观察,可以看到,这种突触是由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分构成。


突触前细胞借助化学信号,即递质(见神经递质),将信息转送到突触后细胞者,称化学突触,借助于电信号传递信息者,称电突触。在哺乳动物进行突触传递的几乎都是化学突触;电突触主要见于鱼类和两栖类。根据突触前细胞传来的信号,是使突触后细胞的兴奋性上升或产生兴奋还是使其兴奋性下降或不易产生兴奋,化学和电突触都又相应地被分为兴奋性突触和抑制性突触。使下一个神经元产生兴奋的为兴奋性突触,对下一个神经元产生抑制效应的为抑制性突触。


人在幼年时大脑中的突触数量会随着发育急剧增长,随后又减少并长期保持在相对稳定的水平——完成这一过程有赖于大脑中的突触删除机制。过去的科学研究已经发现,大脑中的胶质细胞能够清除突触。浙大医学院神经科学研究所研究员汪浩团队则进一步揭示:胶质细胞的工作原理是释放出ATP,它作为一种化学信号分子,激活了突触的删除机制。


汪浩说,已有研究表明,胶质细胞在行使功能时,其细胞内的钙离子浓度会显著上升。这背后隐藏着的细节吸引了团队的兴趣。他们开始做小鼠实验:利用基因编辑的技术,将胶质细胞中对于钙离子浓度升高至关重要的一个受体敲除。随后他们又针对性地研究是否有物质能够补救胶质细胞功能的缺席。团队首先尝试了ATP这一生物体内重要的化合物,幸运的是,加入ATP后突触删除机制重新被激活了。团队抓住这一发现开展实验,证明胶质细胞会释放ATP,并且团队也找到了ATP作为化学信号所对应的受体——它们分布在神经元上,一旦被激活,就开始削弱直至清除突触。



突触所传递的信息,与我们的行动、习惯、记忆、性格等密切相关。突触遵循“用进废退”的原则,一般来说经常被激活的突触会越来越强化,而长期闲置的突触则可能会消失。汪浩表示,大脑如何选择性地清除突触,是科学家正在研究的一个重要课题。


突触从增长至高峰然后回落至稳定水平,是人类一个重要的发育现象。在这一阶段中出现的突触删除机制异常,被认为与自闭症、神经分裂等神经障碍疾病有重要联系。在的《孕期白介素-17a水平对后代行为异常的影响》一文中我们简单的提到过:动物学以及人类流行病学分析显示,如果母亲在怀孕期间感染某些病毒,那么她的后代患自闭症或者神经发育紊乱的风险就会增加。以前的研究已经表明白介素-17A在其中起作用,这项新的研究表明ATP这种结构简单的重要的化合物也通过激活突触的删除在维持神经系统发育中扮演重要角色。科学家们认为,人类对突触删除机制的认识越明晰,就越有助于探索治疗这些疾病的方法。




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