为什么牛犊刚出生就会走路但人类却不行？Nature：科学家揭秘机体肌肉收缩背后的详细分子细节！

神经系统和肌肉之间的联系在不同的生物物种中发展不同，人类新生儿大约需要一年的时间来发育支持行走能力的合适肌肉系统，而牛科动物、鹿类、马科动物等在出生后几分钟内就能走路，不久后就能跑步。

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Structural switch in acetylcholine receptors in developing muscle”的研究报告中，来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过运用先进的可视化技术，深入解析了不同生物在肌肉发育过程中的显著差异，为理解人类肌肉功能和治疗肌肉疾病开辟了新的道路。

研究团队由Ryan Hibbs教授带领，他们专注于探索运动神经元与骨骼肌之间精细的分子交互，这些交互对于肌肉的收缩至关重要。骨骼肌的收缩是身体活动的基础，无论是行走、跳跃、呼吸还是眨眼，都离不开这种精密的生理机制。肌肉的收缩始于脊髓和脑干中运动神经元与肌纤维的接触点，这里神经元释放的乙酰胆碱与肌肉细胞表面的受体结合，触发肌肉收缩的连锁反应。

尽管神经元与肌肉间的化学通信机制已被科学家研究一个多世纪，但直到现在，对于这一过程中的关键分子——乙酰胆碱受体的结构细节，仍缺乏直观的认识。为了解开这一谜团，Hibbs教授和他的团队采用了尖端的低温电子显微镜（cryo-EM）技术，这是一种能够捕捉到分子在自然状态下的高清图像的技术。

为什么牛刚出生就会走路人却不行？科学家揭秘机体肌肉收缩背后的详细分子细节

图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07774-6

在研究中，由于直接获取人类肌肉组织样本的困难，团队选择了牛的胎儿骨骼肌作为研究对象。为了从样本中提取乙酰胆碱受体，研究人员采用了一种意想不到的工具——蛇毒，这种毒素在自然界中用于使猎物瘫痪，但却能帮助科学家精准定位并分离出牛样本中的肌肉受体，进而利用低温电镜技术揭示受体的三维结构。

研究中最令人兴奋的发现之一是，他们不仅观察到了胎儿阶段的受体结构，还发现了成人阶段的受体形态。Hibbs教授指出，这一发现解释了为何像牛这样的动物能够在出生后迅速学会行走，因为在子宫内，胎牛的神经肌肉连接就已经成熟，相比之下，人类婴儿的肌肉协调能力在出生后数月内仍处于发展阶段。

这项研究不仅增进了我们对肌肉发育的理解，还对临床医学有着深远的影响。例如，先天性肌无力综合征（CMS）和重症肌无力（myasthenia gravis），这两种分别由遗传和自身免疫原因引起的肌肉无力疾病，与乙酰胆碱受体的功能异常密切相关。通过揭示受体的精确结构，研究人员能够更深入地洞察疾病背后的基因突变机制，为未来的个性化治疗策略提供理论基础。

研究总结指出，乙酰胆碱受体的亲和力差异、通道电导的调节以及开放时间的变化，都与受体结构的微妙变化紧密相连。这一系列发现揭示了先天性肌无力综合征的潜在病理机制，为开发针对特定病理表现的治疗方案奠定了坚实的基础。

总之，这项研究不仅为我们提供了关于肌肉发育和功能的宝贵见解，还为治疗肌肉疾病提供了新的视角和可能性，标志着我们在理解肌肉生理和病理学领域迈出了重要一步。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Li, H., Teng, J. & Hibbs, R.E. Structural switch in acetylcholine receptors in developing muscle. Nature (2024). doi：10.1038/s41586-024-07774-6