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一磅一磅地，大脑消耗的能量比其他器官多得多，而且令人困惑的是，即使它的神经元没有向彼此发出被称为神经递质的信号，它仍然是一个耗油大户
现在，威尔·康奈尔医学院的研究人员发现，神经递质的包装过程可能是这种能量流失的原因
在他们的研究中，报道于12月
在科学进展，他们发现被称为突触小泡的小胶囊是不活跃神经元能量消耗的主要来源
神经元利用这些囊泡作为其神经递质分子的容器，它们从称为突触末端的通讯端口向其他神经元发出信号
将神经递质包装到囊泡中是一个消耗化学能的过程，研究人员发现，从能量角度来看，这个过程本质上是泄漏的——泄漏得如此之多，以至于即使囊泡被填充，突触末端不活跃，它也继续消耗大量能量
资深作者Dr
蒂莫西·瑞安，威尔康奈尔大学医学院生物化学和麻醉学生物化学教授
即使在相对静止的情况下，大脑也会消耗大量的能量，这一观察可以追溯到几十年前对昏迷和植物状态下大脑燃料消耗的研究
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——相对于其他器官，这仍然使大脑成为高能量消耗者
静息能量消耗的来源从未被完全了解
博士；医生
Ryan和他的实验室近年来已经表明，神经元的突触末端，也就是它们释放神经递质的芽状生长物，在活跃时是能量的主要消耗者，并且对其燃料供应的任何中断都非常敏感
在新的研究中，他们检查了突触末端不活动时的燃料消耗，发现它仍然很高
他们发现，这种高静息燃料消耗很大程度上是由突触末端的小泡池造成的
在突触不活动期间，小泡中每一个都充满了成千上万的神经递质，并准备好通过突触向伙伴神经元发射这些携带信号的有效载荷
为什么突触小泡即使满载也会消耗能量？研究人员发现，从本质上来说，囊泡膜存在能量泄漏，这是一种“质子外排”，因此囊泡中的一种特殊的“质子泵”酶必须保持工作，并在工作时消耗燃料，即使囊泡已经充满了神经递质分子
实验指出被称为转运蛋白的蛋白质是这种质子泄漏的可能来源
转运蛋白通常将神经递质带入囊泡，改变形状以携带神经递质进入，但同时允许质子逃逸——因为它们是这样做的
博士；医生
Ryan推测，这种转运体形状转变的能量阈值被进化设定得很低，以便在突触活动期间能够更快地重新装载神经递质，从而更快地思考和行动
“更快的加载能力的缺点是，即使是随机的热波动也可能触发转运体的形状变化，导致这种持续的能量消耗，即使没有神经递质被加载，”他说
虽然每个小泡的泄漏量很小，但人类大脑中至少有数百万亿个突触小泡，所以能量消耗会真正增加
瑞安说
这一发现是理解大脑基本生物学的重大进步
此外，大脑对其燃料供应中断的脆弱性是神经病学中的一个主要问题，并且在包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症在内的许多常见脑部疾病中已经注意到代谢缺陷
这一系列的研究最终可能有助于解决重要的医学难题，并提出新的治疗方法
“如果我们有办法安全地降低这种能量消耗，从而减缓大脑的新陈代谢，这在临床上可能会非常有效，”博士说
瑞安说
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