人身上一個狂耗能量的器官就是人腦。這個耗葡萄糖量大的器官盡管僅約占全身體量(body mass)的2%,但是卻在人體靜止?fàn)顟B(tài)下,消耗總能量的20%。腦對能量的需求很可能羈絆住了它的進(jìn)化腳步,也阻礙住了科學(xué)家們研究布線圖案(wiring pattern)、信號編碼和神經(jīng)元突觸特性的進(jìn)度。
在本期Nature Reviews Neuroscience中,Attwell和Gibb探討了可用能量如何限制住腦工作的最大速度,以及興奮性突觸(excitatory synapse)的分子成分是如何進(jìn)化出一些應(yīng)對高能量需求的信號處理特性,等等。拿AMPA受體為例,它具有較低的親和性,從而在谷氨酸從突觸間隙被移除的時候,它們的反應(yīng)能在幾毫秒(millisecond)內(nèi)迅速被終止。還有很多關(guān)于興奮性突觸傳遞設(shè)計原理方面的見解。
(Figure: Schematic diagram of a glutamatergic synapse.)
線粒體將存儲在營養(yǎng)物質(zhì)分子中的能量轉(zhuǎn)移到ATP分子中,充分地滿足腦對能量的渴求。Andrews,Diano和Horvath仔細(xì)探討了該過程:指出將線粒體對底物氧化作用過程,與質(zhì)子剃度帶動ADP磷酸化轉(zhuǎn)化成ATP的過程解偶連有著很多益處。作者致力于神經(jīng)元解偶連蛋白(neuronal uncoupling protein)方面的研究。通過調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生(biogenesis)、鈣離子流量、自由基(free radical)產(chǎn)生以及局部溫度,這些蛋白質(zhì)被認(rèn)為在神經(jīng)保護(hù)(neuroprotection)和神經(jīng)調(diào)制(neuromodulation)方面具有獨特的地位和作用。神經(jīng)元解偶聯(lián)蛋白方面的研究還處于起始階段,前面的挑戰(zhàn)會有很多,當(dāng)中一個非常重要的挑戰(zhàn)就是實現(xiàn)藥理上的解偶連-既解決病患又不動及細(xì)胞給腦部正常能量供給的能力。
參考文獻(xiàn):
NEUROENERGETICS AND THE KINETIC DESIGN OF EXCITATORY SYNAPSES
Nature Reviews Neuroscience 6, 841-849 (2005)
MITOCHONDRIAL UNCOUPLING PROTEINS IN THE CNS: IN SUPPORT OF FUNCTION AND SURVIVAL
Nature Reviews Neuroscience 6, 829-840 (2005)