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发现一种新的神经递质，特别是在中枢神经系统中发现一种神经递质，既重要又困难。2023年12月21日，北京大学/首都医科大学饶毅团队在eLife 在线发表题为“Suggestion of creatine as a new neurotransmitter by approaches ranging from chemical analysis and biochemistry to electrophysiology”的研究论文，该研究证实肌酸是一种新的神经递质。在突触囊泡(SVs)中检测到肌酸(Cr)的水平低于谷氨酸和γ氨基丁酸，但高于乙酰胆碱和5-羟色胺。在缺乏精氨酸：甘氨酸氨基转移酶(一种Cr合成酶)或SLC6A8的小鼠中，SV Cr减少，SLC6A8是一种Cr转运体，在男性智力残疾中最常见的原因之一。脑片刺激后检测钙依赖性释放。Slc6a8和Agat突变体的Cr释放减少。Cr抑制新皮质锥体神经元。SLC6A8是突触体摄取Cr所必需的。研究发现Cr以ATP依赖的方式被SVs吸收。生化、化学、遗传和电生理结果与Cr作为神经递质的可能性是一致的，尽管还没有达到现在经典递质的证明水平。另外，2023年4月5日，饶毅团队在eLife 在线发表题为“Importance of glutamine in synaptic vesicles revealed by functional studies of SLC6A17 and its mutations pathogenic for intellectual disability”的研究论文，该研究通过对SLC6A17转运蛋白的功能研究及其导致智力障碍突变揭示了突触囊泡中谷氨酰胺的重要性（点击阅读）。2023年3月2日，首都医科大学饶毅及刘琰共同通讯在Neuron 在线发表题为“Molecular and cellular mechanisms of the first social relationship: A conserved role of 5-HT from mice to monkeys, upstream of oxytocin”的研究论文，该研究发现消除大脑中血清素合成所必需的Tph2基因减少了小鼠、大鼠和猴子的依恋行为。钙显像和c-fos免疫染色显示母体气味激活中缝核(RNs)的血清素能神经元和室旁核(PVN)的催产素能神经元。催产素(OXT)或其受体的遗传消除降低了母性依恋。OXT挽救了缺乏血清素的小鼠和猴子婴儿的母体依恋。从支配PVN的RN血清素能神经元中消除Tph2降低了母性依恋。抑制血清素能神经元后降低的母体依恋可通过催产素能神经元激活来挽救。总之，遗传学研究揭示了血清素在小鼠和大鼠与猴子之间的依恋中所起的作用，而电生理学、药理学、化学遗传学和光遗传学研究揭示了血清素下游的OXT。该研究认为血清素是哺乳动物社会行为中神经肽上游的主要调节因子。综上所述，该工作揭示了5-HT参与调控了哺乳动物一种重要的社会行为即幼崽对母亲的依恋行为。本研究从神经分子及环路机制出发，为理解母婴行为关系提供了新的方向（点击阅读）。神经信号依赖于神经元与其靶细胞之间的化学传递。神经传递依赖于神经递质、神经调节剂和神经肽等化学物质。在分子被确定为经典的神经递质之前，涉及了数十年的工作，有时涉及复杂的路径。关于胆碱能信号的初步提示是在19世纪获得的。胆碱和乙酰胆碱(ACh) 是在20世纪初发现它们的药理作用之前被发现的。Henry Dale及其同事发现乙酰胆碱和副交感神经刺激的相似性，但直到1929年才在体内检测到乙酰胆碱， 1934年才证实乙酰胆碱是外周神经系统(PNS)中的一种神经递质。从发现肾上腺损伤或去除的影响，到观察到肾上腺的活性，再到分离出无活性衍生物，以及肾上腺素的成功分离，注意到肾上腺素和交感刺激之间的相似性，直到20世纪40年代中期，Ulf von Euler证明去甲肾上腺素(NA)是交感神经的神经递质。虽然在PNS中建立一个分子作为神经递质并不容易，但在中枢神经系统(CNS)中建立一个神经递质就更难了。从乙酰胆碱被证明是一种PNS神经递质到它被确定为一种CNS神经递质已经过去了30年，以及NA作为“外围发射者”和“中心发射者”之间的二十年。如果一种神经递质只作用于中枢神经系统，而不作用于PNS，那么发现或证明它要困难得多。大多数神经递质被发现对周围组织有影响，肌肉收缩或松弛是主要的信号。谷氨酸(Glu) 和γ -氨基丁酸(GABA) 的发现部分是因为它们的外周作用，部分是因为它们对脊髓神经元的作用。没有理由认为中枢神经递质也作用于外周神经，但在没有外周生物测定的情况下，发现仅作用于中枢神经系统神经元的小分子神经递质的报道相对较少。不成熟的假设和技术上的困难是过去三十年来寻找神经递质一直不是一个高度活跃的研究领域的主要原因。小鼠脑突触囊泡(SVs)中肌酸(Cr)的存在（图源自eLife ）从2011年开始，研究人员就一直在哺乳动物大脑中积极寻找新的神经递质。尝试了不同的方法，包括在脑脊液(CSF)和可能定位于SVs以下的转运蛋白寻找神经活性物质。研究人员已经发现了已知的递质，如谷氨酸、氨基丁酸、乙酰胆碱和5-羟色胺(5-HT)。但更重要的是，作者在SVs中可重复检测到肌酸(Cr)。Cr长期以来一直被认为是肌肉和大脑中的能量缓冲器。哺乳动物体内一半的Cr被认为来自饮食，其余来自内源性合成。大部分Cr存在于肌肉中，但也存在于大脑中。虽然大多数内源性Cr是在肾脏、胰腺和肝脏合成的， Cr也在大脑中合成。Cr缺乏综合征(CDS)是先天性的Cr代谢错误，可由三种基因之一的缺陷引起：胍苷乙酸甲基转移酶(GAMT)、精氨酸甘氨酸氨基转移酶(AGAT)和SLC6A8。它们都显示出脑部疾病，这表明Cr在脑部功能上的重要性。该研究首先从小鼠大脑中对SVs进行生化纯化，发现SVs中存在Cr，以及经典的神经递质Glu和GABA, ACh和5-HT。然后，当细胞外钾（K+）浓度升高使神经元去极化时，检测到钙离子（Ca2+）依赖性的Cr、Glu和GABA释放，而非ACh和5-HT释放。Slc6a8基因或Agat基因被基因消除后，SVs中Cr水平和刺激释放的Cr水平均显著降低。当Cr作用于新皮层切片时，锥体神经元的活动受到抑制。此外，还证实了Cr被突触体摄取，并发现当Slc6a8基因被删除时，Cr的摄取显著减少。最后，发现Cr被转运到SVs中。因此，包括生物化学、遗传学和电生理学在内的多学科研究表明，Cr是一种新的神经递质，Cr受体的发现将证明这一点。总之，该研究对肌酸(Cr)作为一种新型神经递质的潜在作用提出了有价值的观察。这些数据为突触囊泡中存在Cr提供了确凿的证据。如果将来能够描述一种受体，它将支持Cr通过突触释放并与突触后受体结合的说法。这将引起神经科学领域的广泛兴趣。原文链接：https://elifesciences.org/articles/89317来源：iNature

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Jerry 导读： 发现一种新的神经递质，特别是在中枢神经系统中发现一种神经递质，既重要又困难。 2023年12月21日，北京大学/首都医科大学饶毅团队在eLife 在线发表题为“Suggestion of creatine as a new neurotransmitter by approaches ranging from chemical analysis and biochemistry to electrophysiology”的研究论文， 该研究证实肌酸是一种新的神经递质。在突触囊泡(SVs)中检测到肌酸(Cr)的水平低于谷氨酸和γ氨基丁酸，但高于乙酰胆碱和5-羟色胺。 另外，2023年4月5日，饶毅团队在eLife 在线发表题为“Importance of glutamine in syNAptic vesicles revealed by functional studies of SLC6A17 and its mutations pathogenic for intellectual disability”的研究论文，该研究通过对SLC6A17转运蛋白的功能研究及其导致智力障碍突变揭示了突触囊泡中谷氨酰胺的重要性。 2023年3月2日，首都医科大学饶毅及刘琰共同在Neuron 在线发表题为“Molecular and cellular mechanisms of the first social relationship: A conserved role of 5-HT from mice to monkeys, upstream of oxytocin”的研究论文，该研究发现消除大脑中血清素合成所必需的Tph2基因减少了小鼠、大鼠和猴子的依恋行为。钙显像和c-fos免疫染色显示母体气味激活中缝核(RNs)的血清素能神经元和室旁核(PVN)的催产素能神经元。催产素(OXT)或其受体的遗传消除降低了母性依恋。OXT挽救了缺乏血清素的小鼠和猴子婴儿的母体依恋。从支配PVN的RN血清素能神经元中消除Tph2降低了母性依恋。抑制血清素能神经元后降低的母体依恋可通过催产素能神经元激活来挽救。总之，遗传学研究揭示了血清素在小鼠和大鼠与猴子之间的依恋中所起的作用，而电生理学、药理学、化学遗传学和光遗传学研究揭示了血清素下游的OXT。该研究认为血清素是哺乳动物社会行为中神经肽上游的主要调节因子。综上所述，该工作揭示了5-HT参与调控了哺乳动物一种重要的社会行为即幼崽对母亲的依恋行为。本研究从神经分子及环路机制出发，为理解母婴行为关系提供了新的方向。 https://elifesciences.org/articles/89317 研究背景 01 神经信号传导依赖于神经元与其靶细胞之间的化学传递。神经传递依赖于化学物质，如神经递质、神经调节剂和神经肽。 在一种分子被确定为经典的神经递质之前，人们经历了数十年的研究，有时甚至是曲折的路径。19世纪人们获得了关于胆碱能信号传导的初步线索。胆碱和乙酰胆碱(ACh)是在20世纪之交发现其药理作用之前的几十年才被发现的。Henry Dale及其同事意识到ACh和副交感神经刺激的相似性，但直到1929年ACh在体内被检测到，1934年ACh被证明是外周神经系统(PNS)的一种神经递质。从发现肾上腺损伤或切除的影响，观察到肾上腺的活动，分离出一种无活性的衍生物，成功分离出肾上腺素，注意到肾上腺素和交感神经刺激之间的相似之处，到20世纪40年代中期乌尔夫·冯·欧拉证明去甲肾上腺素(NA)是交感神经的神经递质，经历了近100年的时间。在PNS中建立一种分子作为神经递质并不容易，而建立中枢神经系统(CNS)的神经递质则更加困难。从ACh被证实为PNS神经递质到其被确定为CNS神经递质，间隔了30年;从NA作为外周递质到中枢递质，间隔了20年。 研究过程 02 在不同的时期，不同的研究者曾怀疑牛磺酸、脯氨酸、d -天冬氨酸、硫化氢、胍丁胺、多巴、雌二醇、β-丙氨酸和质子是神经递质，但它们并不符合所有标准。一些可疑分子可在刺激下被释放或被转运蛋白移除。通常，它们无法在SVs中重复发现。 研究人员在SVs中发现了Cr，这大大提高了测试Cr候选性的优先性，进一步的研究发现了更多的证据表明Cr作为一种神经递质:(1)Cr储存在SVs中;(2)已经观察到刺激后Ca2+依赖性的Cr释放;(3) Slc6a8基因和AGAT基因缺失时，SVs中Cr的储存量和Cr的释放量均减少;(4) Cr抑制新皮层锥体神经元的活性;(5) Cr进入突触体需要SLC6A8;(6) SV对Cr的摄取依赖于ATP。 在上述结果中，1、3、4和6是本文首次报道的结果。此外，研究人员已经证明，在SVs中检测到的Cr低于Glu和GABA，但高于ACh和5-HT，使Cr处于已知中枢递质的中间水平。Cr在SVs中的储存依赖于保留的H+梯度，Cr可以被转运到SVs中。 之前有一个关于Ca2+依赖性释放[3H]Cr和内源性Cr响应电刺激的报告。研究人员现在提供的证据表明，Cr在细胞外K+刺激下(1-2分钟内)释放。此外，当Slc6a8或Agat基因被去除时，Cr释放减少。虽然与Glu和GABA相比，K+诱发的Cr释放的Ca2+依赖性成分较小，但它仍然存在，并被Slc6a8敲除至完全消除。电诱发的Cr释放表现出更多的Ca2+依赖性。综上所述，本数据和之前的报告支持Cr作为神经递质的作用。研究人员观察到的5-羟色胺或乙酰胆碱的极低外排率可能是由于切片中胆碱能或血清素能神经元的数量非常有限以及这些神经递质的酶降解速度非常快。 Cr从细胞外空间摄取到细胞中已经有两次报道，一次是通过脑切片显示钠依赖的[3H]Cr摄取，一次是通过突触体。新结果不仅复制了突触体的Cr摄取实验，而且显示了SLC6A8(一种在突触体中表达的膜转运蛋白)对Cr摄取到突触体的要求。Slc6A8将Cr转运到突触小体中，可能在突触间隙中清除Cr和将Cr再循环到神经元中的SVs中起作用。 突触囊泡中Slc6a8和肌酸(Cr) 研究结论 03 综上所述，除了证实和扩展了之前的研究结果，研究人员获得了全新的研究结果，表明肌酸(Cr)可以作为一种神经递质。 参考资料： https://elifesciences.org/articles/89317 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 北京｜12月19日-20日 ▶第四届单细胞测序技术应用研讨会暨单细胞&空间组学研讨会（日程稍后公布） 点击对应文字 查看详情