工程蛋白让人类“听到”神经元交流

来源：科技日报

科技日报记者 张佳欣

美国艾伦研究所和霍华德·休斯医学研究所科学家通过蛋白质工程技术，改造出一种特殊蛋白，名为iGluSnFR4，这是一种分子级“谷氨酸指示器”，可用于实时观察大脑中神经元的交流过程。这一成果有助破译大脑隐藏的“语言”，加深对其复杂神经回路运作方式的理解。相关成果发表于新一期《自然·方法》杂志。

在大脑中，数十亿个神经元通过沿着其分支状的轴突传递电脉冲，相互“交流”。当电信号到达轴突末端——突触时，它们无法跨越间隙到达下一个脑细胞。但电信号会触发化学信使的释放，也就是神经递质。其中，谷氨酸就是最常见的一种，在记忆、学习和情绪中起着至关重要的作用。谷氨酸被释放到突触中，从而促使下一个脑细胞依次放电。

这一过程有点像一排倒下的多米诺骨牌，但复杂得多。每个神经元都会接收来自成千上万个其他神经元的输入，而正是这些输入神经元放电的特定模式和组合，决定了下一个（接收）神经元是否会放电。

在以往的研究中，科学家只能记录神经元发出的信号，也就是它们“说了什么”，而无法真正“听到”神经元在接收什么。这些输入信号既微弱又迅速，在单个突触层面几乎无法捕捉。iGluSnFR4的出现解决了这一难题。其对谷氨酸极为敏感，能检测大脑中神经元之间最微弱的输入信号，使科学家“听到”神经元接收到的信息，为解析支撑学习、记忆和情绪的复杂电活动级联过程提供了新途径。

此外，谷氨酸信号异常与阿尔茨海默病、精神分裂症、自闭症和癫痫等多种神经系统疾病相关。科学家可利用iGluSnFR4更精确地观测突触活动，从而深入研究这些疾病的发生机制。

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这一分子级“谷氨酸指示器”，犹如人类放入大脑的一台灵敏的收音器。神经元通过电脉冲进行交流，但以前人类只知道它们“说”了什么，却不知道接收信号的神经元究竟“听”到了什么。缺少对信息接收端的了解，也就无法获得脑内神经元交流的全貌。其实，谷氨酸信号异常与多种脑类疾病相关，新工具让我们第一次清晰“听”到大脑内部最微观、最基础的信息交流过程。破译脑内交流的密码，也有助于我们理解大脑和脑部疾病的发生机制。