【資料圖】

研究小組通過(guò)創(chuàng)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(fā)現(xiàn)三種受體主要驅(qū)動(dòng)與血清素釋放相關(guān)的減慢行為，而其他三種受體與主要受體相互作用并調(diào)節(jié)其功能。此外，還發(fā)現(xiàn)不同的受體對(duì)不同的血清素釋放模式有反應(yīng)。通過(guò)熒光標(biāo)記大腦中每個(gè)神經(jīng)元中的每個(gè)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(fā)揮作用。該研究提供了開發(fā)針對(duì)血清素能系統(tǒng)的精神藥物的復(fù)雜性和機(jī)會(huì)的觀點(diǎn)。

由于血清素是大腦用來(lái)影響情緒和行為的主要化學(xué)物質(zhì)之一，它也是精神藥物最常見(jiàn)的目標(biāo)。為了改進(jìn)這些藥物并發(fā)明更好的藥物，科學(xué)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(xì)胞和回路。在一項(xiàng)新研究中，麻省理工學(xué)院 Picower 學(xué)習(xí)與記憶研究所的研究人員在一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)物模型中研究了血清素如何影響從單個(gè)分子到動(dòng)物整個(gè)大腦的行為的綜合說(shuō)明。

“合理開發(fā)針對(duì) 5-羥色胺能系統(tǒng)的精神科藥物存在重大挑戰(zhàn)，”Picower 研究所和麻省理工學(xué)院腦與認(rèn)知科學(xué)系副教授、Cell 研究的資深作者 Steve Flavell說(shuō)?！斑@個(gè)系統(tǒng)非常復(fù)雜。有許多不同類型的血清素能神經(jīng)元在整個(gè)大腦中廣泛投射，血清素通過(guò)許多不同的受體起作用，這些受體通常被協(xié)同激活以改變神經(jīng)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(jīng)元。圖片來(lái)源：Steve Flavell/麻省理工學(xué)院皮考爾研究所

科學(xué)家在人類身上面臨的這些相同的復(fù)雜性都在線蟲蠕蟲C. elegans中發(fā)生，但程度更可控。秀麗隱桿線蟲只有 302 個(gè)神經(jīng)元(而不是數(shù)十億個(gè))和 6 個(gè)血清素受體(而不是人體內(nèi)的 14 個(gè))。此外，所有秀麗隱桿線蟲神經(jīng)元及其連接都已被繪制出來(lái)，其細(xì)胞可用于基因操作。最后，F(xiàn)lavell 的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了成像技術(shù)，使他們能夠同時(shí)跟蹤和繪制蠕蟲大腦中的神經(jīng)活動(dòng)。由于所有這些原因，該實(shí)驗(yàn)室能夠進(jìn)行一項(xiàng)新穎的研究，揭示血清素的深遠(yuǎn)分子活動(dòng)如何改變?nèi)X活動(dòng)和行為。

“這些結(jié)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(diào)節(jié)全腦活動(dòng)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(xué)院大腦和認(rèn)知科學(xué)研究生 Di Kang，以及前研究技術(shù)員 Ijeoma Nwabudike，后者現(xiàn)在是耶魯大學(xué)的醫(yī)學(xué)博士生。

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