使用先进的可视化技术，科学家成功获得了一个重要肌肉受体的首个三维图像，揭示了各种动物肌肉发育的重要信息，并为未来肌肉疾病的治疗开辟了可能性。
动物界中，肌肉与神经系统的连接方式差异显著。例如，人类婴儿大约需要一年的时间才能发展出行走所需的肌肉力量，而小牛则在出生几分钟内就能站立和奔跑。
加州大学圣地亚哥分校的研究人员使用这些前沿的可视化技术来理解不同物种之间肌肉发育的显著差异。他们的发现揭示了人在肌肉收缩过程中如何运作，潜在地为肌肉相关疾病的新疗法提供了线索。
生物科学学院的瑞安·希布斯教授解释道：“我们这项研究的目标是深入探讨运动神经元与骨骼肌交界处肌肉收缩的分子细节，这些肌肉是我们可以控制的。”此项研究已发表在《自然》中。“我们识别了肌肉蛋白在发育过程中的组成变化，这与导致逐渐肌肉无力的疾病相关。”
骨骼肌使我们的身体能够进行各种动作——如行走、跳跃、呼吸和眨眼——通过收缩。这些收缩始于运动神经元和肌肉纤维之间的交界处，运动神经元源自脊髓和脑干。在此交界处，神经元释放一种称为乙酰胆碱的化学信使。这种神经递质附着在肌肉细胞上的蛋白质受体上，促使细胞膜打开，允许电流进入，从而导致肌肉收缩。
一个多世纪以来，科学家们一直使用神经元与肌肉之间的这种化学通讯作为研究模型。然而，之前缺少的一个至关重要的方面是如何操作此机制的视觉表示。这种负责肌肉收缩的受体蛋白结构是什么样的？
为了回答这个问题，希布斯与博士后研究员李欢欢和研究数据分析师邓金锋利用加州大学圣地亚哥分校的先进设备Goeddel家族技术沙盒中的冷冻电子显微镜（cryo-EM）技术。冷冻电子显微镜利用极其强大的显微镜拍摄“冻结”在其位置上的分子图像。
生成的图像提供了肌肉乙酰胆碱受体的首个三维可视化。由于很难获取人类组织进行此类研究，团队利用了胎牛骨骼肌样本。为了从这些样本中分离受体，研究人员使用了一个意想不到的来源：蛇毒。采用一种来自有毒蛇的神经毒素与牛组织中的肌肉受体结合，从而便于研究人员提取和研究这些受体。随后，冷冻电子显微镜图像使他们能够观察到受体的发育过程。
在这项新数据的基础上，研究人员意外地发现，他们能够查看来自相同胎牛组织样本的胎儿和成年版本的受体。
希布斯说：“我们本希望可视化受体结构，没想到还发现了两种不同形式的受体。这真是意料之外。”
回顾起来，希布斯认为发现这两种受体类型是合理的。随着小牛在子宫内的成长，胎儿受体的存在是可以预期的。为了能够在出生后不久就行走，它们开始在生长过程中更早地发展成年神经-肌肉连接。
希布斯指出：“这一发现阐明了像牛这样的动物如何在出生后不久就必须行走，在出生前就建立成熟的神经肌肉接头，而人类在出生后几个月面临协调挑战。”他还表示：“通过研究这些受体的细微细节，我们能够将它们的差异与其中一个促进神经-肌肉连接、另一个促进肌肉收缩的方式联系起来。”
从这项研究中获得的见解已经被用于探索与肌肉相关的病症，如先天性重症肌无力综合症（CMS），这会导致肌肉无力。一个众所周知的自身免疫性疾病重症肌无力发生在抗体错误攻击肌肉乙酰胆碱受体时，导致骨骼肌无力。
李博士指出：“对肌肉受体的深入理解将帮助研究人员理解基因突变如何导致疾病，并可能为未来各种疾病患者提供个性化治疗方案铺平道路。”
