【资料图】

研究小组通过创建 64 种不同的突变菌株，确定了蠕虫的六种血清素受体的功能作用，每种突变菌株都缺少不同的受体组合。他们发现三种受体主要驱动与血清素释放相关的减慢行为，而其他三种受体与主要受体相互作用并调节其功能。此外，还发现不同的受体对不同的血清素释放模式有反应。通过荧光标记大脑中每个神经元中的每个受体基因，研究小组观察了血清素的作用如何在回路水平上发挥作用。该研究提供了开发针对血清素能系统的精神药物的复杂性和机会的观点。

由于血清素是大脑用来影响情绪和行为的主要化学物质之一，它也是精神药物最常见的目标。为了改进这些药物并发明更好的药物，科学家们需要更多地了解该分子如何影响健康和疾病中的脑细胞和回路。在一项新研究中，麻省理工学院 Picower 学习与记忆研究所的研究人员在一个简单的动物模型中研究了血清素如何影响从单个分子到动物整个大脑的行为的综合说明。

“合理开发针对 5-羟色胺能系统的精神科药物存在重大挑战，”Picower 研究所和麻省理工学院脑与认知科学系副教授、Cell 研究的资深作者 Steve Flavell说。“这个系统非常复杂。有许多不同类型的血清素能神经元在整个大脑中广泛投射，血清素通过许多不同的受体起作用，这些受体通常被协同激活以改变神经回路的工作方式。”

蠕虫线框

C. elegans 蠕虫的 3D 渲染图，映射了它的所有神经元。图片来源：Steve Flavell/麻省理工学院皮考尔研究所

科学家在人类身上面临的这些相同的复杂性都在线虫蠕虫C. elegans中发生，但程度更可控。秀丽隐杆线虫只有 302 个神经元(而不是数十亿个)和 6 个血清素受体(而不是人体内的 14 个)。此外，所有秀丽隐杆线虫神经元及其连接都已被绘制出来，其细胞可用于基因操作。最后，Flavell 的团队开发了成像技术，使他们能够同时跟踪和绘制蠕虫大脑中的神经活动。由于所有这些原因，该实验室能够进行一项新颖的研究，揭示血清素的深远分子活动如何改变全脑活动和行为。

“这些结果提供了血清素如何作用于分布在连接组中的不同受体集以调节全脑活动和行为的全局视图，”研究小组在Cell中写道。

该研究的共同主要作者是 Picower Institute 博士后 Ugur Dag、麻省理工学院大脑和认知科学研究生 Di Kang，以及前研究技术员 Ijeoma Nwabudike，后者现在是耶鲁大学的医学博士生。