几十年来，科学家通过观察不同脑细胞群何时开启来研究人类和动物大脑中复杂的活动模式。然而，对于了解大脑和相关疾病同样重要的是，了解这些神经元保持活跃的时间以及何时再次关闭。

现在，斯克里普斯研究中心的科学家们开发了一种新技术，可以让他们追踪脑细胞在爆发性活动后何时关闭——这一过程称为抑制。这项技术于 2024 年 1 月 23 日发表在《Neuron》杂志上，它提供了一种新方法，不仅可以研究大脑的正常功能，还可以研究大脑的“关闭开关”在正常行为以及疾病和紊乱中如何出错，包括抑郁症、创伤后应激障碍和阿尔茨海默病。

“人们普遍认为，神经元的抑制确实是大脑调节活动的主要方式，”资深作者、斯克里普斯研究中心教授兼 Abide-Vividion 主席Li Ye博士说。“科学家们一直在寻找一种更可追踪的方式来观察抑制作用，但到目前为止，很少有人找到它。”

为了开创这种新方法，叶与斯克里普斯研究中心的分子医学教授约翰·耶茨 (John Yates) 合作。他们想要研究脑细胞在活跃放电时(发射电荷以向邻居传递信息)与放电结束时相比有何变化。科学家们利用光遗传学(可以用光控制细胞的活动)来反复激活和抑制细胞。然后，他们测量了不同蛋白质及其修饰的水平和特征。他们发现，一种蛋白质丙酮酸脱氢酶(PDH)在脑细胞受到抑制后立即发生非常迅速的变化。

“当神经元放电时，需要大量能量，而这种 PDH 蛋白参与产生这种能量，”Ye 解释道。“但大脑确实想要保存能量，因此当细胞放电完毕后，我们发现大脑会迅速关闭 PDH 蛋白。这发生的速度比我们在基因表达中看到的任何其他事情都要快得多。”

研究人员发现，为了关闭 PDH，细胞会在蛋白质中添加称为磷酸盐的分子标签。Ye 和他的同事发现了只能识别这种非活性磷酸化形式的 PDH (pPDH) 的抗体。为了测试磷酸化 PDH(或 pPDH)的水平是否可以用作脑细胞抑制的指标，Ye 的团队使用这些抗体来测量接受麻醉的小鼠的 pPDH。几乎整个大脑都被高水平的 pPDH 照亮，正确地显示了麻醉期间大脑的大部分区域是如何不活动的。

该小组还研究了当动物暴露在强光下然后关闭时 pPDH 的水平。负责视觉的视觉皮层中的脑细胞在暴露于光时具有较低水平的 pPDH(因为需要活性形式的 PDH 来为这些细胞提供信号能量)，但高水平的磷酸化蛋白在光照射后立即增加被关。

叶的团队还使用这项新技术来研究一个不太为人所知的过程：大脑如何关闭饭后的饥饿感。他们展示了当小鼠开始进食时，与食欲相关的脑细胞如何关闭。这些发现可能有助于更好地了解食欲、肥胖和一些减肥药物。更广泛地说，pPDH 抗体可用于比较健康人和患有各种脑部和代谢疾病的人的脑细胞抑制水平。

“这项技术可以帮助我们回答很多问题，”叶说。“如果大脑无法关闭细胞，或者它们关闭得比平时更快或更慢，会发生什么?神经元的抑制在不同的疾病中如何发挥作用?”

Ye 和他的同事正在继续微调 pPDH 的使用，但他们表示其他研究人员已经在使用该技术——用于测量 pPDH 的抗体已经上市。