最新一期《自然》杂志的封面文章加深了我们对大脑的理解。来自哥本哈根大学的科学家发现，神经信号传递的一个关键过程是以意想不到的方式进行的，相关药物的研发可能会改变。

在我们与其他哺乳动物的大脑中，神经元的交流塑造了我们的思想和记忆，而神经递质是一种化学物质，在神经元之间传递信息。在这个过程中，神经递质首先被泵入突触囊中并储存起来。只有在接受信号刺激时，神经递质才能在神经元之间释放和传递。

当神经递质进入突触囊泡时，需要v-腺苷三磷酸酶（v-atpase）为这一过程提供能量。v-atpase它是一种存在于各种细胞中的质子泵。在神经元的突触囊泡中，atpase利用atp水解释放的能量将质子转移到突触囊中，从而帮助神经递质穿越细胞膜。然而，由于缺乏v-atpase在这种情况下，神经递质不能泵入囊泡，因此不能在神经元之间传递信息。

神经递质进入囊泡的过程对于神经元的交流和复杂生命体的生存是必不可少的。长期以来，科学家一直认为v-atpase始终保持活跃，以确保神经信号的传递“不掉线”。

然而，在这项最新的研究中，dimitriosstamou教授领导的团队得出了完全不同的结论。

虽然v-atpase很重要，但是之前的研究指出，每个突触囊泡只含有1~2个v-atpase。这并不能阻止科学家担心，一旦v-atpase异常的功能是否意味着影响神经信号的传输？为了进一步分析单分子生物学过程，研究小组首次监测了单分子水平v-atpase质子泵效应。

研究小组开发了一种新的方法来监测突触囊中的突触囊ph从而反映变化v-atpase运输质子的活性。因此，研究小组可以持续观察单个囊泡中的单个囊泡v-atpase的活性。

根据传统观点，这种酶应该始终保持活跃。但是最新的观察颠覆了人们的认知：v-atpase质子泵模式、失活模式和质子泄漏模式将在三种不同模式之间随机转换。

“这是我们第一次对哺乳动物大脑中的酶进行单个分子水平的研究，我们对此感到惊讶。与普遍认知和许多其他蛋白质不同，这些酶可以停止工作几分钟到几个小时。在此期间，动物的大脑仍然奇迹般地工作。”stamou教授说。

▲v-atpase三种模式之间的转换(图片来源:参考资料[1])

这项研究还指出，每个囊泡中只有一个v-atpase执行神经递质运输的关键任务。当酶失活时，没有多余的能量驱动神经递质进入囊泡。v-atpase不同模式之间转换的定量检测表明，这些分子不能在至少40%的时间内执行任务。

这一发现不仅纠正了过去的认知，还导致了更多的新问题。关闭囊泡的能量来源是否意味着许多囊泡是“空的”也就是说，没有神经递质？如果是这样，是否会影响神经元之间的通信？这是大脑中一种新的信息编码方法吗？

显然，更深层次的机制需要进一步研究。基于这项研究，相关药物的研发也可能需要进一步的研究。

因为它在肿瘤转移和其他疾病的进展中起着重要的作用，v-atpase癌症等药物研发的潜在目标也是一个重要的药物靶点。

目前的药物筛选是基于大量的v-atpase药物研发人员认为，只要知道药物的平均效果，就可以达到平均信号。但是这项研究的发现意味着，因为v-atpase活动波动，需要监测单个活动v-atpase能够更准确地指导药物研发的行为。