钙是生命的火花，也是神经细胞的死亡之吻

俄勒冈健康与科学大学的研究表明，钙是如何在高频听觉神经细胞发出大量信号后调节它们的充电的，这可能对神经疾病有影响。

这项研究由OHSU的Vollum研究所和阿肯色大学医学科学的科学家进行，发表在最新一期的杂志上自然神经科学这项研究表明，钙离子在控制大脑中最强大的电路(如用于处理声音信号的电路)方面发挥着比之前认为的更大的作用。

科学家们说，更好地理解这一作用，有一天可能有助于防止大脑和脊髓疾病背后的神经元死亡，比如中风和多发性硬化症。

该研究由博士后研究员金俊熙博士和她的导师恩里克·冯·格斯多夫博士领导，他们都是Vollum研究所的科学家，他们发现钙可以调节位于覆盖神经末梢的质膜上的高通量钠泵的活动，它控制着神经细胞在最初的峰值活动爆发后继续放电的速度和准确性。

冯·格斯多夫说:“大脑中发生的事情是，所有这些动作电位(尖刺)都在放电——动作电位是你在神经元之间快速传递信息的方式——当你有动作电位时，钠离子就会爆炸性地涌入细胞。”“因此，细胞是去极化的，它需要迅速重新极化。”

为了重新极化电池，使其能够继续放电，并且在高输入频率下准确地放电，钠泵会喷射出三个带正电的钠离子，并输入两个带正电的钾离子。最终结果是一个正电荷被逐出细胞，导致细胞膜电位的超极化。

神经细胞的快速复极化是必不可少的。成熟的听觉神经细胞发出信号的频率是大脑中大多数高频细胞的10到100倍，即1000赫兹。大多数大脑突触(神经细胞之间用来传递和接收脉冲的空间)在超过10赫兹后开始失效。

“在过去的几年里，我们一直在研究大脑听觉部分的高频放电细胞。我们发现这些细胞和神经末梢很神奇，因为它们可以以1000赫兹的频率发射而不会出错，而且精度很高，”冯·格斯多夫说。“我们实验室的这一发现促使我们提出一个问题:这些神经细胞是如何处理所有这些高频放电的?”

进入钙，它通过抑制钠泵的活动，调节信号发射，并可能保存能量，防止高频细胞燃烧殆尽。但在神经细胞内，高浓度的钙是有毒的，因此研究人员发现了钠泵的另一个用途:为位于神经末梢膜上的一种叫做钠钙交换器的蛋白质提供动力，这种蛋白质可以去除钙，代之以钠。这个动作反过来又会触发钠泵，以此类推。

钠-钙交换器“可以从细胞外输入高浓度的钠，它利用细胞内低钠的梯度作为一种能量形式来摆脱钙。这些能量最终来自钠泵及其对ATP的使用，ATP是细胞的主要燃料，”冯·格斯多夫解释说。这个泵“总是使神经元中的钠浓度保持在低水平，这使得钠钙交换蛋白不断地将钠交换为钙。”

否则，如果细胞内钙离子浓度过高，钙离子就会关闭钠离子泵，形成一个“恶性循环”，冯·格斯多夫说。

“然后，细胞内钙和钠同时积聚，这就是‘和神经元说再见’。”它在某种程度上进入了一个不可逆转的死亡循环。”

防止钙含量增加导致细胞死亡的一种潜在治疗方法是使钠泵对钙更加不敏感。例如，一种潜在的新药可以“帮助神经元不断挤压钠，从而帮助钠钙交换器摆脱钙，从而不让钙达到毒性水平，”冯·格斯多夫说。

目前，冯·格斯多夫的实验室将继续研究钙是如何调节钠泵的。

他说:“我们的希望是，这些基本的、根本的问题将最终导致缓解缺血和中风造成的神经元损伤的治疗策略。”

资料来源:俄勒冈健康与科学大学