Nat Commun：新研究发现钾通道视紫红质可高效抑制神经元

在一项新的研究中，来自杜克-新加坡国立大学医学院的研究人员发现，一类新型光敏蛋白能够用光关闭脑细胞，这为科学家们研究大脑功能提供了一种前所未有的有效工具。这一发现为利用光遗传学研究帕金森病和抑郁等神经退行性疾病和精神疾病的大脑活动提供了令人兴奋的新机会。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Kalium channelrhodopsins effectively inhibit neurons”。

光遗传学是一种将特定细胞进行生物工程改造的技术，在这些细胞中加入对光敏感的蛋白作为开关，使人们能够精确控制这些细胞的电活动。携带光遗传开关的神经元和神经细胞可用于研究不同细胞如何参与多种大脑回路和行为。

这些作者发现在鱼类、线虫和果蝇这三种重要的实验动物中，称为钾通道视紫红质（kalium channelrhodopsin）的特定钾通道可以作为调节脑细胞活动的有效工具。

论文第一作者、杜克-新加坡国立大学医学院神经科学与行为障碍项目高级研究员Stanislav Ott博士说，“钾通道就像细胞膜上的小闸门。当暴露在光线下时，这些闸门就会打开，让钾离子流过，从而帮助平息脑细胞的活动。这让我们对大脑活动是如何调节的有了新的认识。”

钾离子对所有人类细胞的正常电功能至关重要。钾通道是存在于细胞膜上的特殊蛋白，允许钾离子流动。它们调节钾离子在细胞膜上的流动，以维持各种细胞过程，对神经冲动传递、肌肉收缩和维持细胞液平衡至关重要。

论文通讯作者、杜克-新加坡国立大学医学院神经科学与行为障碍项目的Adam Claridge-Chang副教授说，“我们以前也开发过其他遥控开关，但我们发现这些钾离子通道的用途更加广泛，为研究大脑如何工作提供了一种非常有用的方法。”

图片来自Nature Communications, 2024, doi:10.1038/s41467-024-47203-w

当光线触发时，这些新型钾通道视紫红质会让钾离子离开神经元，改变膜上的电梯度。这种变化被称为超极化（hyperpolarization），使神经元难以产生称为动作电位的电信号。没有动作电位，神经元与其他细胞的交流就会受到极大的抑制，甚至沉默。

利用光触发钾通道使脑细胞沉默的能力为研究不同大脑区域之间错综复杂的相互作用开辟了令人兴奋的途径。它还为探索神经退行性疾病、神经发育疾病和精神疾病的病理机制提供了一种前景广阔的方法。这些工具将帮助科学家们更深入地了解大脑，并为更有效地治疗大脑疾病开辟道路。

杜克-新加坡国立大学医学院高级研究副院长 Patrick Tan 教授说，“揭开大脑的神秘面纱仍然是科学界面临的最大挑战之一。Claridge-Chang及其团队的这项研究为科学家们提供了更好的工具来研究人脑中错综复杂的通信，对于增进我们对健康大脑和神经系统疾病的了解至关重要，这种了解将使我们能够针对这些疾病开发出有效的新疗法。”

这项研究是杜克-新加坡国立大学为增进人们对神经和精神疾病的了解而不断努力的一部分。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Stanislav Ott et al. Kalium channelrhodopsins effectively inhibit neurons. Nature Communications, 2024, doi:10.1038/s41467-024-47203-w.