局部多巴胺释放机制违背神经科学的核心原则

哈佛医学院(HMS)的一组科学家在一项针对小鼠进行的研究中发现了大脑中多巴胺释放的新机制，该研究发表在《科学》杂志上(“远端轴突中控制多巴胺的动作电位启动机制”)释放“)。研究人员发现，神经递质乙酰胆碱通过与轴突的远端区域结合来调节多巴胺信号传导，从而触发释放多巴胺的神经元中的动作电位。

“这项工作得出的最重要的见解是，局部信号系统可以启动轴突中的动作电位，轴突是一种输出结构，”哈佛医学院布拉瓦特尼克研究所神经生物学教授PascalKaeser博士说。论文作者。“这符合神经元工作方式的一个非常古老的核心原则。”

在表明轴突可以启动动作电位放电时，新发现挑战了神经生物学中的既定概念：动作电位从细胞体或神经元的“体细胞”开始，流向轴突末端，释放化学神经递质，通过神经传递信息。突触间隙。如果通过进一步的研究得到证实，这一发现可能会带来帕金森病的新疗法，通过靶向乙酰胆碱神经元来恢复多巴胺水平。

“定义多巴胺和乙酰胆碱的相互作用对于理解我们在日常生活中的行为是如何产生和调节的至关重要，”凯瑟说。“如果我们能够定义多巴胺和乙酰胆碱系统如何相互作用，我们肯定会更好地理解当你取出多巴胺神经元时会发生什么。”

一般认为，神经元通过其树突接收化学信号，然后细胞体整合化学信息以启动电脉冲或动作电位，该电脉冲或动作电位传播到长而细的轴突的远端，动作电位促使神经递质的释放将信息传递给其他神经元。

多巴胺和乙酰胆碱是神经递质，对调节自愿和不自愿运动、疼痛处理、情绪、平滑肌收缩和血管扩张很重要。Kaeser的团队研究了细胞体位于中脑的多巴胺神经元和投射到纹状体(前脑中的一组神经元，整合来自大脑其他区域的输入)的轴突如何与纹状体进行通信以调节其输出。

尽管人们普遍认为中脑多巴胺神经元的细胞体在其树突处接收化学信号，并整合这些化学信息以启动动作电位，从而触发纹状体轴突末端的多巴胺释放，但过去的研究表明这并不总是正确的。有时，当与中脑的所有联系都被切断时，乙酰胆碱可以直接触发纹状体中的多巴胺释放。

“我们对此很着迷，因为它是一个非常强大的机制，但它实际上是如何发挥作用的——乙酰胆碱如何触发多巴胺的释放，尚不清楚，”凯瑟说。

凯瑟的团队使用显微镜分析了小鼠大脑，其中纹状体与其他大脑区域分开。他们在组织中看到了多巴胺的火花，尽管中脑中多巴胺神经元的树突和细胞体不再与纹状体中的轴突连接。

“这确实令人震惊，因为它在没有细胞体的情况下发生，因此神经元没有指挥中心，并且它在没有刺激的情况下发生;它会自动发生，”凯撒说。“这是多巴胺释放的自发局部触发。”

研究人员观察到，纹状体中的多巴胺信号少于乙酰胆碱信号，但分布在更大的区域，这表明当乙酰胆碱触发局部多巴胺释放时，信号会传播、放大。

早期的研究表明，多巴胺神经元的轴突几乎没有多巴胺释放位点，这些位点在细胞体启动动作电位时使用。凯撒的团队表明，这些相同的位点负责乙酰胆碱促使局部多巴胺的释放。

研究人员激活乙酰胆碱神经元，或将一种类似乙酰胆碱的药物直接喷射到多巴胺轴突上。他们发现，这会诱导多巴胺神经元的动作电位并促进多巴胺的释放。研究小组还发现乙酰胆碱通过与多巴胺神经元轴突上的乙酰胆碱受体结合来启动这些动作电位。

“提供乙酰胆碱足以触发轴突的动作电位，因此不需要神经元的树突，”凯瑟说。

在自由移动的小鼠中，研究小组发现多巴胺和乙酰胆碱信号与小鼠移动头部的方向相关，乙酰胆碱信号发生在多巴胺信号之前。当研究人员禁用多巴胺神经元上的乙酰胆碱受体时，小鼠纹状体中的多巴胺水平下降。

总之，这些实验表明新机制可能具有生理相关性，但需要进一步研究来确定它如何影响纹状体功能和行为。

哈佛医学院神经生物学研究员、该论文的第一作者ChangliangLiu博士怀疑这可能只是冰山一角，并打算更好地了解这种局部多巴胺释放机制的需求和好处。