威廉·汤姆斯·格林·莫顿|麻醉人类的175年|万物科学说明书( 二 )


也就是说,全麻药作用位点是神经细胞细胞膜上的脂质 。不过具体的作用机制究竟如何,一直无人知晓 。
进入20世纪下半叶之后,细胞电生理学和分子生物学技术的发展,给科学家研究意识丧失提供了新的工具 。在这些工具的帮助下,科学家在细胞膜上发现了大量的蛋白受体和离子通道 。
虽然其中有很多受体和离子通道被推定为麻醉剂的作用靶点,但是只有少数几种蛋白被强有力的证据证明是直接参与麻醉过程的,而且通过细胞膜的起作用的可能性也一直存在 。尽管如此,膜蛋白还是被很多人认为是更可能的麻醉药物作用靶点 。
就这样,蛋白派和细胞膜派一直争论到现在,都没有消停 。
双方之所以还在争论,主要是因为从目前积累的数据来看,双方都没有说清楚麻醉药导致意识丧失的具体分子机制 。
“光具有波粒二象性”
任职于美国斯克利普斯研究所的分子生物学家斯科特·汉森(Scott Hansen)致力于研究麻醉和机械感觉的分子机制,而且汉森坚信意识丧失是麻醉药物作用于细胞膜上的脂筏导致的,他的团队正在这个领域开展更深入的研究 。
有一天汉森在起草一份资金申请文件时,查阅了麻醉导致意识丧失的历史文献资料,尤其是与细胞膜上脂筏相关的研究 。很快,他发现了同在斯克利普斯研究所任职的理查德·勒纳(Richard Lerner)于1997年发表在《美国科学院院报》(PNAS)的一篇论文 。
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斯科特·汉森(Scott Hansen)
勒纳根据他在其他疾病中观察到的现象,提出了一个假设:麻醉药物应该是作用于细胞膜的脂筏,然后影响了脂筏中蛋白的相互作用,导致神经信号发生变化,让患者进入麻醉状态 。
尤其是勒纳在论文中使用的一张图,让汉森找到了“这就是真实的机制”的共鸣 。实际上,汉森甚至已经从他实验室的初步结果中看到了勒纳假设成立的可能性 。
汉森随后联系了勒纳,“你可能不会相信,你1997年提出的那个关于麻醉的假设,我们的实验数据表明它可能是真的 。这个机制实在是太巧妙了 。”汉森团队的发现让勒纳很激动,随后勒纳也加入了这项研究之中 。
正如前文所言,麻醉让患者丧失意识的问题,学界已经研究争论了一个多世纪,至今仍没有确切的结论 。
在汉森看来,这个问题之所以难以解决主要是因为基础研究和技术积累不够,尤其是细胞膜上的脂筏,以及其中的蛋白质都非常小,大小在几纳米到几十纳米之间,要看清楚它们在接受麻醉处理时的变化,必须使用超越光的衍射极限的显微镜才行 。
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理查德·勒纳(Richard Lerner)的猜想
进入21世纪,随机光学重建显微镜(direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy, dSTORM)的诞生,让科学家看到大小在几纳米到几十纳米之间的蛋白质成为可能 。也正是因为如此,dSTORM技术的相关发明人在2014年获得诺贝尔化学奖 。
在正式介绍汉森团队的研究成果之前,咱们先来看看脂筏 。脂筏是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域,大小约70nm左右 。脂筏就像一个蛋白质停靠平台,胆固醇就像胶水,保证脂筏中蛋白质的聚集和功能的实现 。总的来说,脂筏与膜的信号转导等有密切的关系 。
在dSTORM显微镜的帮助下,汉森团队的研究人员发现,将细胞浸泡在氯仿里面的话,一种由胆固醇和鞘磷脂构成的GM1脂筏的组织结构会发生变化,从紧密圆球状态转变为一种散乱的状态 。随着GM1无序地扩大,原本固定在GM1中的蛋白就被释放出去了,其中有一种叫做磷脂酶D2(PLD2)的酶 。

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