一磅一磅，大脑比其他器官消耗更多的能量，令人费解的是，即使它的神经元没有相互传递神经递质的信号，它仍然是一个燃料大消耗者。现在，威尔康奈尔医学院的研究人员发现，包装神经递质的过程可能是能量消耗的原因。
在他们12月3日发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的研究中，他们发现了一种被称为突触囊泡的微小胶囊，它是不活跃神经元消耗能量的主要来源。神经元使用这些囊泡作为其神经递质分子的容器，它们从称为突触终端的通信端口发出信号给其他神经元。将神经递质装入囊泡是一个消耗化学能的过程，研究人员发现，就能量而言，这个过程本质上是漏的——漏得如此之多，以至于即使囊泡被填满，突触末端不活跃，它也会继续消耗大量的能量。
“这些发现帮助我们更好地理解为什么人类大脑如此容易受到燃料供应中断或减弱的影响，”资深作者蒂莫西·瑞安博士说，他是威尔·康奈尔医学院生物化学和生物化学麻醉学教授。
关于大脑消耗大量能量的观察可以追溯到几十年前对昏睡和植物人状态下大脑燃料使用的研究。这些研究发现，即使在这些极度不活跃的状态下，大脑对葡萄糖的消耗通常也只比正常水平下降了大约一半，这仍然使大脑相对于其他器官来说是一个高能量消耗者。这种静止的能量消耗的来源酷奇鞋一直没有被完全了解。
七喜客服瑞安博士和他的实验室近年来的研究表明，神经元的突触末梢是活跃时能量的主要消耗者，对任何燃料供应的中断都非常敏感。在新的研究中，他们检测了突触末梢不活跃时的燃料使用情况，发现它仍然很高。
友来他们发现，这种高休息时的燃料消耗主要是由突触末梢的囊泡池造成的。在突触不活动期间，每个囊泡都满载着数千种神经递质，并准备好通过突触将这些携带信号的有效载荷传递给伴侣神经元。
为什么突触囊泡即使满载也要消耗能量?研究人员发现,本质上是一个有能量的泄漏泡膜,一个“质子流出,”这样一个特殊的“质子泵”酶泡继续工作,和消耗燃料,因此,即使泡已经充满了神经递质分子。
这些实验指出，被称为转运蛋白的蛋白质可能是质子泄漏的来源。通常情况下，转运体将神经递质带入囊泡，通过改变形状将神经递质带入囊泡，但同时也允许质子逃逸——正如它们所做的那样。瑞恩博士推测，这种转运体形状变化的能量阈值在进化过程中被设定得很低，以便在突触活动期间能够更快地重新加载神经递质，从而加快思维和行动。
他说:“快速加载能力的缺点是，即使是随机的热波动也会触发传输体的形状变化，即使在没有加载神经递质的情况下，也会导致能量的持续消耗。”
瑞恩博士说，尽管每个突触囊泡的渗漏量很小，但人类大脑中至少有数百万亿突触囊泡，所以能量的流失会增加。
这一发现在理解大脑的基本生物学方面是一个重大的进步。此外，大脑容易受到燃料供应中断的影响，这是神经学中的一个主要问题。在许多常见的脑部疾病中，包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症，都存在代谢缺陷。这一研究方向最终可能有助晴天外挂于解决重要的医学难题，牛霸天下并提出新的治疗方法。
“如果我们有一种方法可以安全地降低能量消耗，从而减缓大脑的新陈代谢，那么在临床上可能会非常有效，”瑞安博士说。