2022年03月28日 11:43
【科學快訊】
▎藥明康德內容團隊編輯
當你開始做出動作的時候，比如端起手中的咖啡，開始在電腦前打字，甚至舉著手機點開這篇文章的時候，大腦中就開始了一場多巴胺風暴。我們可能對多巴胺的認識是它能夠讓人興奮和快樂，但它作為一種神經遞質，會幫助調控許多的腦區的活動，其中也包括控制上述動作的部分。
按照常規的邏輯，一件事情想要正常完成的方式最好是從頭到尾來執行。科學家對多巴胺神經元的運作機制也是這樣認為的，這些神經元一端的樹突接收到外環境的信號之後，會開始在神經元內部整合信號，然後沿著另一端的軸突開始傳輸動作電位直到末端。
隨後這些動作電位讓神經遞質從末端釋放，開始影響鄰側的神經元，然後有條不紊地將信號傳輸下去。但《科學》的最新研究發現，神經元能做到的不只是這一種方式，它甚至可以從已經處於信號傳輸下遊的軸突來接收信號，在樹突不參與的情況下激起多巴胺的合成和轉運。
研究團隊關注的是被稱作紋狀體的腦區，其中有大量神經元可以整合信號輸入從而調控我們的日常行為。盡管多巴胺神經元位於另一個腦區，但它們的軸突可以延伸至紋狀體。正常的流程仍然是多巴胺神經元樹突接收信號，然後神經元傳遞動作電位到軸突，最後釋放出多巴胺。
但乙酰膽堿有時候卻能直接在紋狀體中啟動多巴胺釋放，這一點是科學家一直不清楚的。為了解開這一謎團，哈佛醫學院的神經生物學教授Pascal Kaeser和研究同事一起設法獲取了部分小鼠紋狀體組織，借助顯微鏡的觀察，他們發現組織出現了一些多巴胺信號，但此時紋狀體中的軸突已經與外部的多巴胺神經元分開了。
「這一點讓人非常震驚，在細胞主體刺激的缺失下，多巴胺仍然發生了釋放，」Kaeser教授解釋道，「這是一種局域刺激引起的多巴胺釋放。」 ；
那麼在其中起作用的會不會是之前提到的乙酰膽堿呢？盡管紋狀體內乙酰膽堿的信號更多，但多巴胺往往會傳遞得更遠，研究推測乙酰膽堿可能其實起著放大多巴胺信號的作用。 ；
為了驗證這一點，他們嘗試在多巴胺神經元的軸突部分添加了乙酰膽堿和一些類似藥物，結果這一行為迅速地在多巴胺神經元中引起了動作電位，最終讓多巴胺釋放了出來。乙酰膽堿通過結合在軸突上的受體啟動了一系列事件的發生。
這不僅說明，多巴胺的釋放指令並不需要依賴從頭到尾的流程執行，「如果你在軸突提供了足夠的乙酰膽堿，那麼就不再需要樹突了，」Kaeser教授表示。而在小鼠行為觀察中，當小鼠動一下它們的頭時，乙酰膽堿信號會稍微先於多巴胺信號出現。而一旦軸突的乙酰膽堿受體被破壞之後，小鼠紋狀體中的多巴胺水平就有著下降。論文第一作者兼共同通訊作者劉長亮博士補充表示，這種機制可以保證多巴胺和乙酰膽堿在局部區域同步釋放，並且可能機制是廣譜存在的，因為不僅僅只有多巴胺神經元的末梢會表達乙酰膽堿受體。
在這一機制的發現也帶來了一個基本問題：有沒有可能這些受體的主要作用就是產生神經末梢動作電位的？
當然，研究者表示還需要更多證據來解釋這一機制在真實動物行為中的作用，「但我們可以肯定動物中的確存在這種機制，」Kaeser教授表示，他指出了解多巴胺的釋放途徑也將有助於研究者對包括帕金森病在內的神經系統疾病的理解。
劉長亮博士認為理論上多巴胺神經元死亡的情況下，仍然可以通過刺激軸突來釋放多巴胺。但是實際情況下，多巴胺神經元主體死亡後軸突也無法存活太久，而帕金森病情況下，多巴胺神經元的死亡往往會從軸突開始，這是有點棘手的問題。
不過研究闡明了多巴胺神經元與乙酰膽堿的調控問題，這有助於未來進一步加深對神經遞質的理解，在理解了運動發起的基礎上，也將帶來更多病理理論和治療方案。
讀完這篇文章的你，不出意外，大腦也剛剛經曆了《科學》新成果發現的多巴胺釋放過程，是不是感覺參與了一個大項目呢？
參考資料：
<1> Firing it up。
Retrieved Mar 24th， 2022 from https：//www.eurekalert.org/news-releases/947318
<2> An action potential initiation mechanism in distal axons for the control of dopamine release。
Science （2022）， DOI： 10.1126/science.abn0532
