日本国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构（QST）量子医科学研究所脑机能成像研究中心的松下有美研究员和下条雅文研究统筹负责人等，联合近畿大学药学部医疗药学科的竹内雄一教授等组成的研究团队宣布，在超声波刺激下引发的脑神经活动增强中，响应机械刺激的传感分子 “TRPC6” 起到了关键作用。研究团队通过自主构建能够实时测量细胞活动的实验系统得出了上述结论。这一成果表明，利用超声波技术有望治疗神经退行性疾病及抑郁症等。相关研究成果已发表在2024年12月4日出版的美国科学院院刊《PNAS》上。
图1. TRPC6在超声诱导的脑神经活动增强中的作用（供图：量子科学技术研究开发机构）
超声波是频率高于20千赫兹的波长，超出人耳可听见的范围，目前广泛应用于医学领域，如超声波检查中的影像诊断等。
针对帕金森病等神经系统疾病以及抑郁症等精神类疾病，近年来已有通过电刺激或磁刺激调整脑神经活动的疗法。同时，也有研究报告显示通过照射超声波可以调节脑部及四肢神经的活动。然而，超声波如何作用于神经活动的机制此前一直未明确。
因此，为了阐明这一机制，研究团队聚焦细胞表面的传感分子。为了探明超声波对神经活动的作用机制，自主开发了一种实验系统，可在超声波照射下通过显微镜实时观察细胞活动。
研究团队利用该系统向小鼠神经细胞照射超声波（1MHz）并对其进行了观察，结果成功捕捉到了照射后神经细胞活动水平迅速提高的现象。
在超声波对生物体的影响中，研究团队重点研究了超声波撞击细胞所产生的压力和振动的机械作用，以寻找候选对象。
通过抑制众多候选传感分子的逐一验证，最终发现了对超声波刺激产生响应的关键传感分子——“TRPC6”。此前已知 “TRPC6” 在心脏、肺等易受压力的器官中有所表达，在脑部神经细胞中亦有分布，但其具体功能此前并不明晰。
实验发现，当利用缺失 “TRPC6” 的小鼠中提取的神经细胞受到超声波照射时，并未表现出神经活动的增强。然而，恢复其 “TRPC6” 功能后，再次照射超声波，便引发了神经活动的增强。
此外，对活体小鼠的实验验证表明，在通过颅骨外侧施加超声波照射后，正常小鼠的神经活动显著增强，而当使用特异性抑制剂阻断 “TRPC6” 功能时，这一现象随之消失。
松下研究员表示：“超声波治疗脑部疾病的研究尚处于起步阶段。如果能够利用本研究的成果来助力优化频率、刺激强度等参数，就能更高效、更精准的调节脑活动，实现比以往更精确、更安全的医疗应用。” “ ‘TRPC6’ 被认为与包括阿尔茨海默病在内的认知障碍及抑郁症相关，一直以来希望通过药物调节 ‘TRPC6’，结合超声波刺激或许能够实现对这些疾病的治疗。已知神经退行性疾病及精神疾病中，神经活动以及神经细胞与胶质细胞的活动均与正常情况不同。今后，我们将探索如何利用这一新发现，将神经细胞活动水平恢复至正常状态，以实现临床应用。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
论文：TRPC6 is a mechanosensitive channel essential for ultrasound neuromodulation in mammalian brain
DOI：doi.org/10.1073/pnas.2404877121
