重新制作，重新填充，再利用:突触的循环被揭示

大脑中的神经元形成了错综复杂的连接网。在这些网络中，细胞相互通信以控制运动、认知和其他功能。

神经元被激活时，会传递电信号。但是这个信号不能通过突触——两个神经元之间的连接处。因此，从一个神经元到下一个神经元的交流是通过释放微小的膜胶囊来完成的，膜胶囊中含有通过突触传递信号的化学物质，称为神经递质。

电信号触发这些胶囊，叫做囊泡，与神经元突触前末端的膜融合，从而将神经递质释放到两个细胞之间的间隙中。神经递质穿过间隙，然后激活突触后神经元的受体，在下一个细胞中触发电信号。

因为神经递质信号只向一个方向传递——从突触前神经元到突触后神经元——囊泡必须重新形成才能继续这一过程。“循环是保持突触功能的关键过程，”冲绳科学技术研究生院(OIST)细胞与分子突触功能单元的负责人高桥教授解释说。最近发表在细胞的报道高桥和他的同事们阐明了囊泡循环的一个鲜为人知的部分。

囊泡循环包括三个步骤:首先，脂膜必须从神经元的膜上被挤压下来形成囊泡，这个过程被称为内吞作用。然后，囊泡必须充满神经递质。最后，填满的囊泡必须被运送到释放部位。虽然内吞作用已经得到了很好的研究，但对再填充过程知之甚少。高桥教授与一位前OIST研究员以及豆社大学(Doshisha University)的同事合作，现在表明，至少对一种主要类型的突触来说，重新填充比内吞作用需要更长的时间。

研究结果表明，填充步骤可以决定突触内囊泡回收和再利用的速度。高桥说，神经科学家长期以来一直认为是内吞作用限制了循环的速度。“然而，我们发现囊泡再充盈率也是一个重要因素。”

神经元可以形成兴奋性连接或抑制性连接，这取决于它们通过突触释放的神经递质。神经递质谷氨酸传递兴奋性信号，这意味着它增加了电信号从第一个单元格传递到第二个单元格。另一方面，神经递质GABA和甘氨酸传递抑制信息，告诉后续细胞不要开火。

在兴奋性突触在美国，高桥教授的团队此前曾测量过在回收过程中谷氨酸被吸收进囊泡的速率。然而，这一填充率尚未被研究抑制性突触．高桥教授及其同事使用玻璃电极同时从抑制突触的突触前末端和突触后末端进行记录。他们发现，在抑制终端，GABA进入囊泡的速度比兴奋性突触的谷氨酸慢5到6倍。

使用一种称为笼状GABA化合物紫外光解的特殊技术来估计泡状GABA摄取率。研究人员将被合成化合物“关”起来的氨基丁酸注射到突触前末端，这种化合物阻止氨基丁酸再填充囊泡。神经递质从笼子中释放是由紫外线照明控制的，它提供了改变合成化合物3D结构的能量。利用一束紫外线，科学家们可以在特定时刻将GABA释放到突触前末端，然后测量GABA被吸收回囊泡的速率。

值得注意的是，他们发现用GABA重新填充小泡所需的时间几乎与突触从突触抑制中恢复所需的总时间相同。突触抑制是指神经元由于携带信息的小泡在突触中被耗尽而无法激活。这意味着大部分的恢复时间都用于重新填充囊泡。相比之下，改造囊泡所需的时间相对较短。囊泡填充是耗时的，因为GABA在囊泡内的浓度是细胞其他部分的10-100倍，使用分子泵。

因此，研究人员得出结论，用GABA重新填充囊泡的缓慢速率可能是抑制突触神经递质循环过程的速率限制步骤。

因为所有的抑制神经元在大脑中使用氨基丁酸或甘氨酸，甘氨酸是一种神经递质，以与氨基丁酸相同的方式回收，并使用相同的分子泵重新填充到囊泡中，这一原理可能适用于所有人抑制性神经元在大脑里。这表明囊泡填充过程对维持许多重要的大脑功能至关重要。

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