膜片钳首次揭示快速频率神经传导背后的机制

伯明翰阿拉巴马大学的研究人员有史以来第一次研究了被夹住的哺乳动物有髓神经中难以捉摸的部分，称为兰维尔结节。在结节处，他们发现了意想不到的钾通道，它使有髓神经能够以高频率和高传导速度沿着神经传递神经脉冲。这两种品质对于哺乳动物快速传递感觉和快速控制肌肉至关重要——它们是动物在捕食者和猎物的世界中生存的关键。

自1939年以来，法国科学家路易-安托万雷恩维尔(Louis-Antoine rainville)发现了这些微小的节点，这些节点沿着有髓神经以大约1毫米的间隔充当中继站，以每秒50至200米的速度传导哺乳动物的神经冲动。在每个裸露的结之间，神经被髓鞘的绝缘鞘包裹。当一个神经放电时，电脉冲从一个节点跳到下一个节点，其运动速度比无髓神经的神经冲动快100倍。神经科学家很早就知道神经细胞膜释放和摄取离子是电神经冲动的机制。但是在兰维尔结中有钾离子通道吗——如果有，

在发表在细胞出版社杂志《神经元》上的一项研究中，顾建国博士、他的博士后研究员广田博士和UAB的其他同事报告说，两种称为TREK-1和TRAAK的离子通道是大鼠延髓神经兰维叶结中的主要钾通道。更重要的是，他们表明，Ranvier结处的这两个通道是沿有髓神经传入神经高速高频盐化或“跳跃”传导所必需的。敲除该通道使神经传导速度降低50%，行为学实验表明敲除该神经可降低大鼠对胡须搅动的厌恶反应。

在1963年因其神经冲动机制获得诺贝尔奖的经典实验中，神经使用电压门控钾通道(由电压的变化激发)从无髓鱿鱼的巨型神经中释放钾离子。顾和他的同事最初期望在朗维尔结上找到这样的通道。

然而，他们最早的实验混淆了这种预期，以至于他们放弃了一年的研究。当他们加入已知的电压门控钾通道抑制剂时，他们发现Ranvier节点的电尖峰并没有显著下降。这一发现对教条提出了挑战，这意味着在每个节点上，一些其他钾通道尚未确定。

顾，博士爱德华恩斯特，医学博士和教授说，可能的候选人包括15个蛋白质家族的三个成员。这些蛋白质被称为“渗漏”钾通道，它们在组成上是开放，而不是电压门控的，且已知具有大的电导。UAB麻醉学和围手术期医学系分子和转化生物医学系疼痛研究主任。顾的实验室发现TREK-1和TRAAK是Ranvier node中的活跃通道。他们的测试证明了这一点，包括研究人员为淋巴结开发的压力膜片钳记录技术，以及免疫组织化学、遗传和药理学方法。

此外，UAB团队发现TREK-1和TRAAK是两孔钾通道，对热敏感和机械敏感。它们高度集中在大鼠三叉神经的A-神经结节内，电流密度比细胞体高3000-2000。

漏钾通道和电压门控钾通道在神经冲动后作用，使神经膜复极，称为动作电位。TREK-1和TRAAK在Ranvier结中的作用与在大鼠神经细胞或体细胞中发现的电压门控钾通道完全不同。当人体以每秒50次的速率受到刺激时，使用电压门控钾通道的动作电位通常会失效。然而，顾和他的同事发现，在高达每秒200次的刺激频率下，具有“泄漏”通道的Ranvier结上的动作电位没有显示出明显的失败。

换句话说，两个泄漏的钾通道允许在Ranvier连接处快速复极，并对有髓大鼠神经产生高频和快速电导。有趣的是，TREK-1和TRAAK双孔结构域的钾通道似乎在Ranvier连接处形成异二聚体。

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