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中美德科學家揭示血清素并不僅僅是一種神經(jīng)遞質(zhì)
點擊次數(shù)：1293 發(fā)布時間：2019-6-14
在一項新的研究中，來自中國清華大學、美國西奈山伊坎醫(yī)學院、普林斯頓大學、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院、沙克生物科學研究所、洛克菲勒大學和德國馬克斯-德爾布呂克分子醫(yī)學中心的研究人員發(fā)現(xiàn)，作為一種長期以來因在大腦神經(jīng)元之間傳遞信號的作用而聞名的大腦化學物質(zhì)，血清素（serotonin）也能夠以一種意想不到的方式調(diào)節(jié)神經(jīng)元中的基因表達。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于科學家們更好地理解各種腦部疾病，包括情緒障礙、藥物濫用/成癮和神經(jīng)退行性疾病。
論文通訊作者、西奈山伊坎醫(yī)學院神經(jīng)科學助理教授Ian Maze博士說，“我們的發(fā)現(xiàn)與當前的流行看法---它主要在一個前提下發(fā)揮作用，這個前提是血清素和多巴胺等神經(jīng)遞質(zhì)僅通過激活它們在大腦中的膜受體來調(diào)節(jié)腦細胞活動---存在很大的差異。我們發(fā)現(xiàn)大腦化學物質(zhì)的作用不依賴于神經(jīng)傳遞，但對它們的整體信號傳導至關(guān)重要，這表明我們當前對這些分子的理解是不完整的，需要進一步研究。”
這項研究圍繞著DNA及其如何形成每個人的生物圖譜展開。身體中的每個細胞都含有兩米長的DNA，是體內(nèi)所有細胞所有功能的藍圖。DNA纏繞在組蛋白（將細胞核中的DNA包裝起來的蛋白，它們很容易發(fā)生有助于調(diào)節(jié)基因表達的化學修飾）的線軸上，形成稱為核小體的結(jié)構(gòu)。當編碼特定基因的DNA緊密纏繞在組蛋白線軸內(nèi)時，這個基因不太可能表達。當這個基因沒有受到緊密纏繞時，它更可能表達。這可能會影響給定細胞的許多功能。
血清素是一種能夠在大腦神經(jīng)元之間傳遞信號的化學物質(zhì)，并且參與調(diào)節(jié)情緒。選擇性血清素再攝取抑制劑（selective serotonin reuptake inhibitor, SSRI）可改變大腦中的血清素含量，從而改變情緒。當血清素從神經(jīng)元中釋放出來時，所產(chǎn)生的信號建立了大腦不同部分之間通信的連鎖反應(yīng)。
這些研究人員發(fā)現(xiàn)一種稱為組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2（transglutaminase 2）的蛋白能夠直接將血清素分子附著到組蛋白上（這一過程稱為組蛋白血清素化），這接著讓組蛋白線軸松開，從而使得更加強勁的基因表達得以發(fā)生。具體而言，他們發(fā)現(xiàn)對發(fā)育中的嚙齒動物大腦和人類神經(jīng)元而言，血清素松開的部分組蛋白線軸附近的基因更可能發(fā)生表達。他們還發(fā)現(xiàn)一種特異性的結(jié)合復合物使得這一過程得以發(fā)生。
Maze博士說，“這一偶然發(fā)現(xiàn)---血清素能夠化學附著細胞核中的組蛋白上來調(diào)節(jié)基因表達---提出了許多令人興奮的問題，它們中的大多數(shù)迄今為止尚未得到解答。盡管這一新發(fā)現(xiàn)提出了一系列通過更多的研究才能解答的新問題，但是很明顯的是，這項研究有望從根本上改變這個領(lǐng)域理解血清素以及其他單胺的生物活性的方式，這些現(xiàn)象可能讓我們對人類疾病的理解作出重大貢獻，并為新的治療靶標提供信息。”
一些令人興奮的問題包括：除了血清素的神經(jīng)傳遞功能之外，它對基因表達的調(diào)節(jié)是否也在情緒調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用？這種新的知識是否可能用于開發(fā)更好的藥物來治療抑郁癥或其他情緒障礙？它還如何可能影響大腦？諸如多巴胺（在物質(zhì)使用障礙中起著重要作用）之類的相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)是否也附著到組蛋白上來調(diào)節(jié)大腦中的基因表達？
Maze博士的實驗室和他的合作者的實驗室當前正在研究這些問題和許多其他的與組蛋白和非組蛋白血清素化（以及更廣泛的蛋白單酰胺化，即多巴胺和組胺等單胺類神經(jīng)遞質(zhì)化學附著到蛋白上）的功能性后果相關(guān)的問題