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創新突觸模型為焦慮與癲癇帶來一線曙光

立報/本報訊 2012.09.10 00:00
PanSci 泛科學網作者:PanSci專欄作者 tsaitenghuei

賓州大學生物系副教授陳宮(Gong Chen)與一群科學家共同找出研究神經傳導物質的新方法。此方法可應用在癲癇、焦慮、失眠、沮喪、精神分裂、酒精成癮等症狀。

新方法透過分子工程改造模型突觸–突觸是神經細胞傳遞訊息給另一個神經細胞的結構。突觸模型可以精準的控制許多GABA(gamma-aminobutyric acid,伽瑪-胺基酪酸)的受器,GABA這種神經遞質在大腦化學反應中扮演著很重要的角色。此項研究發表在八月份的《生物化學期刊》(Journal of Biological Chemistry),替創造出更有效針對GABA的受器、更安全無副作用藥物的可能打開了大門。

陳宮與團隊成員專注研究名為GABA-A的特別受器。此受器之所以名為GABA-A,由於此受器會回應GABA神經遞質。陳宮說:「GABA-A受器與許多種失調情形有關,在這些情形底下,神經細胞的可被刺激性(excitability)受到改變,產生癲癇、焦慮。這些受器中介主要的腦內抑制力。每一個GABA-A受器蛋白是由五個次單元所組成。而這五個次單元是由十九個可能的次單元中用各種方式組成。我們專注在研究名為阿爾發(Alpha,α)的特別次單元組,以及改變這些微小的次單元將如何影響GABA-A受器在細胞膜上的位置。」

首先,為了要研究特定受器是如何運作,陳宮與團隊運用分子工程科技開發出介於神經細胞與廣泛用於細胞生物研究的特別腎臟細胞(HEK)之間的模型突觸。他們改變表現於該腎臟細胞中的GABA-A受器的阿爾發次單元,進而測試單一的改變將如何影響受器的運作。實驗結果發現,受器對於GABA神經遞質有極不同的反應,不同之處取決於使用的是Alpha 2次單元還是Alpha 6次單元。陳宮說:「在GABA-A受器對於神經遞質的反應中,不只Alpha次單元扮演重要的角色,而Alpha 2次單元和Alpha 6次單元也引導受器前往細胞膜上完全不同的位置。」

陳宮發現有著Alpha 2 次單元的GABA-A受器傾向聚集在細胞膜上靠近突觸的地方。相反,有著Alpha 6 次單元的GABA-A受器傾向聚集在突觸外細胞膜。

陳宮說:了解受器的特性可以預測藥物的可能副作用。舉例來說,像煩寧與贊安諾錠(Valium

and Xanax)這些針對GABA受器的藥物,通常用來治療焦慮,可以直接改變GABA神經遞質的突觸傳遞。此藥物會大大改變神經細胞活動與產生像困惑、心煩氣躁與記憶喪失等副作用。

陳宮說:「如果我們將細胞運動想像成一座大城市,那麼突觸就是通往城市的主要公路。阻斷這些主要公路會帶來非常嚴重的副作用,由於腦部的正常運作依賴神經迴路上精細的放電與靜止平衡。一旦打破此平衡,將帶來嚴重影響。」以此類推,突觸外的區域可能被想像成有著無數的小路而車流量少的區域。「最好的情況是新藥只影響突觸外的受器,而不影響突觸受器。如此一來,突觸受器就可以繼續順暢、沒有干擾地輸送大量資訊。也就是說,突觸外受器藉由控制Alpha 6 次單元,進而使新藥的副作用減少。」

資料來源:New model synapse could shed light on

disorders like anxiety, epilepsy. Penn State Live [August 9, 2012]

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