改写认知！《细胞》：大脑感知危险的重要环节，我们一直都弄错了

学术 2024-07-24 08:04 北京

▎药明康德内容团队编辑

在残酷的自然竞争中，我们的祖先可以繁衍至今，能够感知威胁、产生恐惧情绪是一项重要因素。当我们遭遇威胁，例如被刺戳痛、碰到滚烫的物体时，从感受器发出的痛觉信号会传输至脑干的臂旁核，再由特定神经元传递到情绪加工的关键脑区——杏仁核。在这里，这些信号被翻译成恐惧的感受，还能让我们形成关于这些威胁信息的记忆、避免再次遇险。

但在我们的脑内，将这些感觉信号转化为威胁记忆的过程是如何发生的？由于这个转变过程非常迅速，因此此前的研究认为，快速作用的神经递质（包括谷氨酸、乙酰胆碱、GABA等）是其中的主要信使。

但在本周最新上线的一项《细胞》研究中，来自索尔克生物研究所的研究团队给出了全新的答案。借助全新开发的监测与操纵工具，研究团队成功追踪了神经肽在活体动物大脑中的运动与功能。利用全新工具，研究发现威胁通路依赖的主要信使并不是此前认为的神经递质，而是多种神经肽。这项研究不仅提供了研究活体动物神经肽系统的工具，还为止痛药、治疗焦虑和创伤后应激障碍 (PTSD) 等恐惧相关疾病的药物研发提供新的线索。

神经肽是一类由神经元合成、释放的信号分子，人体内已经发现了100多种神经肽，它们参与包括威胁感知，以及新陈代谢、昼夜节律调控在内的多项生理过程。同时，神经肽失调与多种神经系统和心理疾病密切相关。

不过，虽然神经肽很重要，但人们对神经肽的传递机制了解却很有限。由于神经肽的种类太丰富了，因此要开发通用的突触后神经肽传感器显得不切实际；此外，由于多种神经肽可以共同释放，因此敲除某一种神经肽也不足以导致表型的改变。由于这些难点的存在，科学界一直缺乏用于监测和操纵体内神经肽释放的工具。

在最新论文中，研究团队使用了一套“组合拳”，开发了两种用于研究活体小鼠神经肽传递的遗传编码工具。

▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）

第一款工具的目的，是监测突触前（也就是释放递质的神经元内）神经肽释放。前文说到，突触后神经肽的监测不可行，因此研究转为对突触前信号的识别与监测。这里，作者利用了神经肽与神经递质释放时的一个区别——神经递质被包装在名为突触囊泡的小球中释放；而装载体积更大的神经肽的，则是更大的致密核心大囊泡（large dense core vesicle, LDCV）。

因此，研究团队设计了遗传编码的LDCV传感器，通过荧光蛋白来标记这些LDCV。这样，当装载着神经肽的LDCV从神经末梢释放时，研究人员就能通过荧光实时监测神经肽的释放情况，而不用受困于神经肽的不同种类。

▲LDCV传感器设计示意图（图片来源：参考资料[1]）

当然，只有监测工具还不够，研究还需要能够操纵神经肽的工具。为此，作者设计了一种遗传编码的抑制剂。这种抑制剂利用了一种名为中性内肽酶的神经肽特异性水解酶，能够特异性地降解LDCV内的降钙素基因相关肽（CGRP）、脑啡肽、P物质、神经降压素等多种神经肽而不会影响神经递质，从而抑制神经肽释放、用于研究神经肽缺失对威胁通路的影响。

▲中性内肽酶抑制剂导致神经肽释放放缓、威胁学习受损（图片来源：参考资料[1]）

利用这些最新工具以及已有的谷氨酸传感器与抑制剂，研究团队检验了小鼠在受到多种不同的威胁、触发恐惧反应时，神经信号传递情况。

首先传感器的监测结果说明，在从臂旁核的CGRP神经元到杏仁核的威胁学习过程中，由突触末梢释放、对于传递非条件刺激至关重要的是多种神经肽，而不是此前认为的谷氨酸。而在使用抑制剂时，对神经肽的抑制会明显损伤威胁学习行为，说明要触发对恐惧的反应，神经肽信号至关重要；相反，对谷氨酸的抑制则没有效果。

因此，这些结果不仅证实了两款工具在研究神经肽能系统中的有效性，也证实了在遭遇有害刺激时，神经肽信号在编码防御行为中的关键作用。

研究作者指出，这项发现有望为神经药物的研发带来新的进展。由于研究发现一个LDCV中的多种神经肽会被一次性释放，这可能解释了此前一些靶向单个神经肽药物的失败。因此，通过同时靶向多种神经肽受体，未来科学家们有望研发更有效的止痛药，或是帮助恐惧相关疾病的药物。

封面图来源：123RF

参考资料：

[1] Dong-Il Kim et al, Presynaptic sensor and silencer of peptidergic transmission reveal neuropeptides as primary transmitters in pontine fear circuit, Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.06.035

[2] New tools reveal neuropeptides, not neurotransmitters, encode danger in the brain. Retrieved 22 July 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1052157

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