约翰斯·霍普金斯医学院的科学家表示，细胞间纳米管（细长的绿色主导桥梁状连接）构成了神经元间通信网络的额外层次。图片说明：张敏赫博士提供
科学家们表示，他们已证实哺乳动物大脑会创建管道网络，将毒素运入运出脑细胞，其运作原理类似于工厂和商店中通过气动管道快速传递物品的方式。
这项实验采用基因工程小鼠和专用成像技术完成，由美国国立卫生研究院资助，并于10月2日发表在《科学》期刊上。研究团队指出，这些发现可能有助于深入理解导致阿尔茨海默病及其他神经退行性疾病的进程，并为潜在新疗法铺平道路。
具体而言，科学家在实验中观察到纳米管主要形成于清除神经元内有毒小分子的过程，包括β-淀粉样蛋白——这种蛋白质会聚集成团并形成黏性沉积物，正是阿尔茨海默病的典型标志。
"细胞必须清除有毒分子，通过生成纳米管，它们能将这些有毒分子传递给邻近细胞，"约翰斯·霍普金斯大学医学院神经科学副教授、该研究通讯作者权亨培表示，"遗憾的是，这也导致有害蛋白质扩散至大脑其他区域。"
利用高倍显微镜和神经元活细胞成像技术，科学家观察到脑细胞在树突（细胞分支的臂状延伸结构）间产生长指状突起层。研究团队称，这些被称为"树突纳米管"的突起，负责在脑细胞间转运有害小分子。
"这些树突纳米管细长的柱状结构有助于神经元间快速传递信息，"权亨培解释道，"它们可运输钙离子或有毒分子，特别适合向远距离细胞发送信息。"
研究团队报告称，新实验记录过程的计算模型模拟了"早期淀粉样变"进程，并"揭示了大脑中超越常规脑细胞通信的纳米管连接层"。
权亨培表示，这些发现可能帮助研究人员更好地理解如何开发针对阿尔茨海默病等神经退行性疾病的治疗方法。在实验中，研究者从正常实验室小鼠的脑组织中提取样本，利用高倍显微镜分析神经元内纳米管的功能与结构。新型显微技术使约翰斯·霍普金斯科学家得以清晰观察纳米管结构，并追踪其在脑细胞间的物质转运过程。
随后，科学家将正常小鼠的脑组织样本与基因改造阿尔茨海默病小鼠（可产生典型β-淀粉样蛋白堆积）的样本进行对比。研究指出，三月龄无症状阶段的阿尔茨海默病小鼠，其脑内纳米管数量较同龄正常小鼠显著增多；至六个月龄时，两类小鼠的纳米管数量开始趋近。
通过分析公开电子显微镜数据库中的人类神经元（经许可获取），科学家确认在人类神经元间也形成了形态相似的纳米管，其形成方式与实验室小鼠一致。
权亨培表示，未来实验将聚焦于大脑中除神经元外的其他细胞类型是否存在更大规模的纳米管网络。最终，团队计划设计实验观察人为创建纳米管对细胞状态的影响。
"基于此类知识，未来或许能通过调控纳米管生成来保护大脑，"权亨培指出，"在设计潜在疗法时，我们可针对纳米管生成机制——根据疾病阶段选择促进或抑制其形成。"
本研究由美国国立卫生研究院（项目编号DP1MH119428和R01NS138176）提供资金支持。参与研究的其他成员包括约翰斯·霍普金斯大学的张敏赫、Sarah Krüssel、金周贤、Daniel Lee、Alec Merodio和权宰永，以及日本东京大学的Laxmi Kumar Parajuli和Shigeo Okabe。
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