广泛存在的大脑受体隐藏着惊人的作用机制

根据哥伦比亚大学瓦格洛斯医学院和卡内基梅隆大学的研究人员的新研究，大脑中最重要的分子之一并不像科学家们想象的那样工作。

研究结果发表于4月20日自然，可能有助于开发新一代更有效的神经和精神疗法，副作用更少。

这项新研究仔细观察了大脑中最普遍的神经递质谷氨酸。谷氨酸与脑细胞上的受体结合，打开进入细胞的通道，允许离子通过传播电信号。

“大脑的工作方式是通过神经元之间的交流，而这些是允许这种交流的主要受体，”他说亚历山大Sobolevsky他是哥伦比亚大学生物化学和分子生物物理学副教授，也是这篇论文的资深作者。

每个受体可以结合多达四个谷氨酸分子，并产生四种不同水平的导电性。先前的研究以简单的阶步式方式将结合与导电性联系起来，其中结合每一个额外的谷氨酸分子将导电性进一步提高。

虽然这种解释是有道理的，但没有人进行过足够仔细的观察来证实它。在这项新研究中，研究人员将冷冻电子显微镜技术与复杂的数据分析相结合，首次揭示了谷氨酸与其受体结合的详细图片。

索博列夫斯基说:“我们实际上在看到所有这些中间体的条件下进行了实验，一种谷氨酸，然后两种谷氨酸，三种谷氨酸，然后它结合所有四种。”

这些图像显示谷氨酸只能以特定的模式与受体的亚基结合。这推翻了目前流行的观点，即每个亚基都能独立结合谷氨酸，并指出神经元信号和药物反应的复杂性达到了新的水平。

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形状变化的谷氨酸受体．每个受体可以结合一到四种谷氨酸神经递质(红点)，每一种可能的谷氨酸结构导致受体改变形状。不同的形状产生不同的电流，可以给脑细胞不同的指令。视频由亚历山大·索博列夫斯基提供。

Sobolevsky和他的同事们发现，谷氨酸分子必须先与两个特定受体亚基中的一个结合，然后谷氨酸才能与其他两个亚基结合。此外，受体的导电性水平与其结合的谷氨酸的数量没有直接关系;一个受体可以有两个或两个以上的谷氨酸盐附着，但仍然只能达到第一级电导率。

研究结果开启了一个全新的研究方向，该团队现在正在探索神经元上不同的辅助分子如何影响相互作用。更多地了解谷氨酸受体的特定激活状态可能有助于开发更好的药物，治疗涉及谷氨酸受体的疾病，如抑郁症、痴呆、帕金森病、癫痫和中风。