神經(jīng)細(xì)胞通過小囊泡相互傳遞神經(jīng)信號，猶他大學(xué)和德國生物學(xué)家合作，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞循環(huán)利用這些囊泡的新機(jī)制。研究顯示，與此前提出的兩種回收機(jī)制相比，新機(jī)制要快得多。文章于十二月四日發(fā)表在Nature雜志上。

在小鼠腦細(xì)胞釋放神經(jīng)信號時，研究人員將其快速冷凍，并通過電鏡對腦細(xì)胞成像。他們發(fā)現(xiàn)，小囊泡將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到神經(jīng)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(shí)現(xiàn)連續(xù)的思考和行動，”文章的資深作者，猶他大學(xué)教授Erik Jorgensen說。“這一過程也可以保護(hù)神經(jīng)元，防止ALS和阿爾茨海默癥等神經(jīng)退行性疾病。因此，理解這一過程可以幫助人們開發(fā)相應(yīng)的治療方式。”

在一個腦細(xì)胞中，用于傳遞化學(xué)信號的囊泡保持在300到400個，每秒都有數(shù)百個囊泡在釋放神經(jīng)遞質(zhì)，文章*作者Shigeki Watanabe介紹到。

細(xì)胞通過內(nèi)吞作用回收囊泡，而這項(xiàng)研究中的新機(jī)制被命名為“超快內(nèi)吞”。研究顯示，一個囊泡的循環(huán)使用只需十分之一秒，回收過程發(fā)生在活性區(qū)域的邊緣?；钚詤^(qū)域是指神經(jīng)細(xì)胞末端，囊泡將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸的地方。

研究人員相信，超快內(nèi)吞是囊泡回收zui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(jī)制：Kiss-and-run 內(nèi)吞、和網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞。

•Kiss-and-run 內(nèi)吞：大約需要一秒，囊泡觸及神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)側(cè)，釋放神經(jīng)遞質(zhì)，然后脫落以形成新的囊泡

•網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞：據(jù)稱需要二十秒，由網(wǎng)格蛋白自行組裝為球形，進(jìn)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(fā)表過一個相關(guān)研究，描述了線蟲中的超快內(nèi)吞。而這項(xiàng)新要就又向人們展示了，小鼠海馬體腦細(xì)胞中的超快內(nèi)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(jīng)細(xì)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(xì)胞進(jìn)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(xì)胞中添加了藻類基因，使神經(jīng)元產(chǎn)生一種“離子通道”，該通道可作為光激活的開關(guān)。隨后他們將腦細(xì)胞放入超低溫的高壓小室。

對這些小鼠腦細(xì)胞閃爍藍(lán)光，會使它們開始釋放神經(jīng)遞質(zhì)，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(jīng)元的快速活動，冷凍時間分別是藍(lán)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(xì)胞內(nèi)的所有運(yùn)動，甚至包括膜的融合。隨后，研究人員將神經(jīng)元放入液態(tài)的環(huán)氧樹脂使其變硬，以便進(jìn)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。