在能量限制下，可以观察到神经递质谷氨酸的不寻常释放。谷氨酸的过量最终会对神经细胞造成损害。
在能量限制下，可以观察到神经递质谷氨酸的不寻常释放。谷氨酸的过量最终会对神经细胞造成损害。
我们的大脑需要持续不断的能量供应。中断的能量供应，例如中风所造成的，可能会产生严重的并发症。德国鲁尔大学波鸿的细胞神经生物学研究小组与杜塞尔多夫大学和特温特大学的研究人员合作，调查了大脑中的能量缺乏如何影响神经递质谷氨酸的释放。他们观察到，在压力下，异常的谷氨酸释放事件会发生并自我放大，从而可能导致神经细胞的损伤。研究人员在蒂姆·齐巴特博士的领导下，于2025年4月18日在期刊iScience上报告了他们的发现。
在能量耗竭时，不寻常的谷氨酸释放更频繁发生
在正常情况下，脑组织能获得足够的能量，这在一定程度上是用于神经递质的选择性释放和再摄取。“然而，如果能量供应不足，这种神经递质释放和再摄取之间的平衡会迅速被打破，”蒂姆·齐巴特解释道。“特别是在中风的情况下，脑部的血液供应被中断，兴奋性神经递质谷氨酸常常在细胞外增加，这严重损害了突触的功能和受影响神经细胞的生存。”然而，背后的机制尚未完全理解。
利用一个模型系统，蒂姆·齐巴特观察到了一个先前未知的、非常规的释放机制，该机制在能量耗竭时显著增加了细胞外谷氨酸浓度。在他的测量中，他使用了一种荧光传感器蛋白，这使他能够实时可视化谷氨酸的释放。除了神经元的突触活动所典型的常规谷氨酸释放外，他还观察到非常不寻常的、局部的谷氨酸信号，这些信号相对较大、持续时间较长，并且异质性。 “在正常情况下，这些非典型事件只偶尔发生，”他报告说。“然而，在诱导能量缺乏后，它们的频率显著增加。”
正常谷氨酸释放停止
最终，这些事件是细胞外谷氨酸浓度增加的主要原因。“在代谢压力条件下，例如能量耗竭，这些非典型释放事件似乎特别受到青睐，导致谷氨酸的积累，”安德烈亚斯·雷纳教授总结道。“相反，神经元的正常谷氨酸释放本身需要大量能量，但已停止。”之前仅在偏头痛模型中描述过类似的观察。
在进一步的实验中，研究小组能够展示，增加的细胞外谷氨酸浓度促进了额外的释放事件。因此，该过程是自我强化的。相反，研究人员通过抑制谷氨酸受体，特别是抑制NMDA受体亚类，显著减少了这种类型的谷氨酸释放。
该研究尚未准确回答不寻常的神经递质释放是如何发生以及哪些细胞类型负责。“进一步的研究还必须澄清这种释放在中风情境或神经退行性疾病中实际贡献了多少，”安德烈亚斯·雷纳说道。然而，已确立升高的谷氨酸浓度对神经元是有害的。
