科学家解释了为什么神经元即使在休息时也会消耗这么多能量
同样的重量，大脑比其他器官消耗更多的能量，而且，令人困惑的是，即使它的神经元之间不相互发射神经递质信号，它仍然是一个燃料消耗者。现在，威尔康奈尔医学院的研究人员发现，神经递质的包装过程可能是造成这种能量消耗的原因。
在他们12月3日发表的研究报告中科学的进步他们发现，在不活跃的神经元中，被称为突触囊泡的微小囊泡是能量消耗的主要来源。神经元使用这些囊泡作为它们的神经递质分子的容器，它们从称为突触终端的通信端口发射神经递质分子，向其他神经元发送信号。将神经递质装入囊泡是一个消耗化学能研究人员发现，这一过程，就能量而言，是固有的泄漏性的——泄漏性如此之大，以至于即使在囊泡被填满、突触末端不活动的情况下，它仍在继续消耗大量能量。
“这些发现帮助我们更好地理解为什么人类的大脑是如此不堪一击的中断还是削弱了它燃料资深作者Timothy Ryan博士说，他是威尔康奈尔医学院的生物化学和麻醉学生物化学教授。
观察到大脑即使在相对静止的状态下也会消耗大量的能量，这可以追溯到几十年前对昏迷和植物人状态下大脑燃料使用的研究。这些研究发现，即使在这些极度不活跃的状态下，大脑对葡萄糖的消耗通常也只比正常情况下下降约一半，这仍然使大脑成为一个相对于其他器官的高能量消耗者。静止能量流失的来源从未被完全了解。
近年来，瑞安博士和他的实验室已经证明，神经元的突触末梢是活跃时能量的主要消耗者，它们对燃料供应的任何中断都非常敏感。突触末梢是神经元发射神经递质的芽状生长体。在这项新的研究中，他们检查了突触末梢的燃料使用情况在活跃了，发现还在高。
他们发现，这种高的静息燃料消耗主要是由突触末端的囊泡池造成的。在突触不活跃的时候，每个囊泡都装满了成千上万的神经递质，并准备好将这些信号携带负载通过突触发射到伙伴神经元。
为什么一个突触囊泡即使满载也消耗能量?研究人员发现，从本质上讲，有一个能量泄漏囊泡膜，一种“质子外流”，这样一种特殊的“质子外流”质子泵“囊泡中的酶必须继续工作，并在此过程中消耗燃料，即使囊泡已经充满了神经递质分子。
实验指出，一种叫做转运蛋白的蛋白质可能是这种质子泄漏的来源。转运体通常将神经递质带入囊泡，改变形状将神经递质带进囊泡，但同时允许质子逃逸——就像它们这样做的。瑞安博士推测，这种转运体形状变化的能量阈值在进化过程中被设定得很低，以便在突触活动中更快地重新加载神经递质，从而加快思考和行动。
“更快的加载能力的缺点是，即使是随机的热波动也可能触发传输器的形状变化，导致这种持续的能量消耗，即使没有神经递质正在上膛，”他说。
虽然每个囊泡的泄漏量很小，但人类大脑中至少有几万亿个突触囊泡，所以能源瑞恩博士说，排水管的问题真的会越来越多。
这一发现在理解大脑的基本生物学方面是一个重大进步。此外，大脑在燃料供应中断时的脆弱性是神经学的一个主要问题，代谢缺陷已经在许多常见的脑部疾病中被发现，包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。这一研究方向最终将有助于解决重要的医学难题，并提出新的治疗方法。
“如果我们有办法安全降低这个能源消耗从而减缓大脑代谢，这可能会在临床上产生非常大的影响，”瑞安博士说。
进一步探索
