装载神经递质可能导致大脑高水平能量消耗！
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（图片来源：Pixabay/CC0 Public Domain）
同等重量下 ， 脑组织会比其他器官消耗更多的能量 ， 但是令人困惑的一点是 ， 即便在大脑神经元没有释放神经递质的时候 ， 大脑的能耗仍旧很高 。如今 ， 来自Weill Cornell医学院的研究人员发现 ， 装载神经递质的过程可能是导致大脑高水平能量消耗的原因 。
研究结果于2021年12月3日发表在《科学·进展》（Science Advances）杂志上 ， 研究人员发现不活跃的神经元中突触囊泡消耗了大部分能量 。神经元通过在突触末端向其他神经元释放神经递质来传递信息 ， 而神经元的囊泡则能存储神经递质分子 。向囊泡内装载神经递质是一个耗能的过程 ， 而研究人员发现这一过程会泄露能量 ， 即便突触末端处于静息状态而囊泡已完成装载 ， 神经元仍会消耗大量的能量 。
Weill Cornell医学院的生物化学与麻醉生物化学教授、资深作者Timothy Ryan博士说：“这些发现帮助我们更好地理解为什么大脑极易受到能量供应中断或减少的影响 。”
大脑静息状态高能耗的观察结果可以追溯到几十年前针对处在昏迷和植物状态下的大脑能量消耗的研究 。这些研究发现 ， 即便是处于极度不活跃的状态 ， 大脑的葡萄糖消耗也只下降到了正常水平的一半 ， 与其他器官相比 ， 此时的大脑仍是高能耗器官 。静息状态下高能量消耗的原因在此前一直是未知的 。
Ryan博士和他的实验室在最近几年发现 ， 神经元用于释放神经递质的芽状突触末端在激活状态下需要大量的能量 ， 并且对能量供应的波动非常敏感 。新研究中 ， 研究人员检测了静息状态下突触末端的能量消耗情况 ， 并且发现其仍处在高耗能状态 。
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（图片来源：Pixabay）
他们发现 ， 静息状态时的大量能量消耗主要来源于聚集在突触末端的囊泡 。突触处于静息状态时 ， 每个囊泡装载着成千上万的神经递质 ， 并准备着将它们释放到突触间隙中 ， 以便向旁边的神经元传递信号 。
为什么突触在完成装载后仍需耗能？研究人员发现 ， 这主要是因为囊泡膜存在能量泄露的情况 ， 即“质子外流” 。即使囊泡已经装满了神经递质分子 ， 囊泡内一种特别的“质子泵”酶仍然会一直工作并且消耗能量 。
实验发现转运蛋白可能是质子泄露的原因 。转运蛋白通过改变形状帮助神经递质进入囊泡 ， 但同时也会造成质子逃逸 。Ryan博士推测 ， 生物进化造就了转运蛋白形变的低能量阈值 ， 从而保证突触在活跃状态时神经递质能够快速重新装配 ， 因此才有了人们敏捷的思维和快速的动作 。
他说：“快速装载能力的缺点体现在就算是随机的热量波动也能引起转运蛋白形变 ， 因此即使在不需要装载神经递质的时候 ， 神经元也会持续消耗能量 。”
【装载神经递质可能导致大脑高水平能量消耗！】Ryan博士说 ， 尽管每个囊泡的能量泄露非常少 ， 但是人体大脑内部存在着几百万亿的突触囊泡 ， 因此累计消耗的能量仍十分巨大 。
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