解碼血清素：從分子到全腦尺度效應 當前速遞

【資料圖】

研究小組通過創建 64 種不同的突變菌株，確定了蠕蟲的六種血清素受體的功能作用，每種突變菌株都缺少不同的受體組合。他們發現三種受體主要驅動與血清素釋放相關的減慢行為，而其他三種受體與主要受體相互作用并調節其功能。此外，還發現不同的受體對不同的血清素釋放模式有反應。通過熒光標記大腦中每個神經元中的每個受體基因，研究小組觀察了血清素的作用如何在回路水平上發揮作用。該研究提供了開發針對血清素能系統的精神藥物的復雜性和機會的觀點。

由于血清素是大腦用來影響情緒和行為的主要化學物質之一，它也是精神藥物最常見的目標。為了改進這些藥物并發明更好的藥物，科學家們需要更多地了解該分子如何影響健康和疾病中的腦細胞和回路。在一項新研究中，麻省理工學院 Picower 學習與記憶研究所的研究人員在一個簡單的動物模型中研究了血清素如何影響從單個分子到動物整個大腦的行為的綜合說明。

“合理開發針對 5-羥色胺能系統的精神科藥物存在重大挑戰，”Picower 研究所和麻省理工學院腦與認知科學系副教授、Cell 研究的資深作者 Steve Flavell說?！斑@個系統非常復雜。有許多不同類型的血清素能神經元在整個大腦中廣泛投射，血清素通過許多不同的受體起作用，這些受體通常被協同激活以改變神經回路的工作方式?！?/p>

蠕蟲線框

C. elegans 蠕蟲的 3D 渲染圖，映射了它的所有神經元。圖片來源：Steve Flavell/麻省理工學院皮考爾研究所

科學家在人類身上面臨的這些相同的復雜性都在線蟲蠕蟲C. elegans中發生，但程度更可控。秀麗隱桿線蟲只有 302 個神經元(而不是數十億個)和 6 個血清素受體(而不是人體內的 14 個)。此外，所有秀麗隱桿線蟲神經元及其連接都已被繪制出來，其細胞可用于基因操作。最后，Flavell 的團隊開發了成像技術，使他們能夠同時跟蹤和繪制蠕蟲大腦中的神經活動。由于所有這些原因，該實驗室能夠進行一項新穎的研究，揭示血清素的深遠分子活動如何改變全腦活動和行為。

“這些結果提供了血清素如何作用于分布在連接組中的不同受體集以調節全腦活動和行為的全局視圖，”研究小組在Cell中寫道。

該研究的共同主要作者是 Picower Institute 博士后 Ugur Dag、麻省理工學院大腦和認知科學研究生 Di Kang，以及前研究技術員 Ijeoma Nwabudike，后者現在是耶魯大學的醫學博士生。

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