加州大学戴维斯分校的研究人员开发了一种快速、非侵入性工具，用于追踪迷幻药激活的大脑神经元和生物分子。《自然方法》 杂志发表的一项研究描述了这种基于蛋白质的工具，称为 Ca 2+激活的 Split-TurboID（简称 CaST）。
人们越来越关注迷幻化合物在治疗抑郁症、创伤后应激障碍和物质滥用等脑部疾病方面的作用。LSD、DMT 和裸盖菇素等迷幻化合物可促进大脑前额叶皮层神经元及其连接的生长和强化。这种新工具可以帮助科学家发掘迷幻治疗对脑部疾病患者的益处。
思考这些迷幻药作用的细胞机制很重要。它们是什么？一旦我们知道了，我们就可以设计出针对相同机制但副作用更少的不同变体。”
克里斯蒂娜·金 (Christina Kim)，加州大学戴维斯分校神经科学中心和医学院神经病学助理教授，加州大学戴维斯分校迷幻药和神经治疗研究所附属机构
这项研究为科学家提供了一种新技术，可用于逐步追踪这些化合物产生有益神经再生效果的分子信号传导过程。此外，CaST 可在短时间内完成细胞标记任务，仅需 10 到 30 分钟，而其他标记方法通常需要数小时。
Kim 表示：“我们在实验室中设计了这些蛋白质，它们可以包装到 DNA 中，然后放入无害的腺相关病毒中。一旦我们将 CaST 工具和这些蛋白质送入神经元，它们就会在细胞内孵化并开始表达。”
这项研究是与迷幻药和神经治疗研究所创始主任、化学、生物化学和分子医学系教授戴维奥尔森 (David Olson) 合作进行的。
大脑快照
CaST 工具利用细胞内钙离子浓度的变化，这是一种几乎通用的标记，用于追踪神经元的活动。当神经元表现出高活性时，它们会表现出高钙离子水平。CaST 利用这一线索用一种叫做生物素的小分子标记细胞。
在这项研究中，Kim 和她的同事给小鼠注射了迷幻药裸盖菇素。然后他们使用 CaST 与生物素结合来识别前额皮质中钙含量增加的神经元。前额皮质是受许多脑部疾病影响的区域，也是迷幻药促进神经元生长和强化的区域。
研究人员还监测了小鼠的头部抽搐反应。头部抽搐反应是迷幻药引起的幻觉的主要行为相关因素。
“CaST 的优点在于它可以用于自由活动的动物，”Kim 说道，并指出其他细胞标记技术需要稳定小鼠的头部才能完成成像。“生物素也是一种很好的标记底物，因为有许多现有的商业工具可以通过简单的染色和成像方法报告生物素是否存在。”
概念验证实验给出了金所说的被裸盖菇素激活的前额叶皮层区域的“相机快照”。
下一步
Kim 和她的同事目前正在研究使用 CaST 工具进行全脑细胞标记的方法。此外，他们还在探索丰富受迷幻药影响的神经元产生的单个蛋白质特征的方法。
“我们可以将这些样本送到加州大学戴维斯分校蛋白质组学核心设施，他们可以为我们提供我们识别的所有蛋白质的客观图像，”Kim 说。“我们希望检查它们的全部内容，包括它们表达的蛋白质、它们表达的基因，并尝试查看接受裸盖菇素治疗的动物与对照动物或疾病动物模型之间的差异。”
目标是确定迷幻药如何有益于脑部疾病患者的细胞特征，阐明其治疗效果的逐步细胞过程。
Kim 表示有兴趣与 Olson 实验室合作开展未来的实验，使用 CaST 工具比较迷幻药引起的神经活动与非致幻神经治疗药物引起的神经活动。
Kim 说：“CaST 将成为研究这些神经治疗药物作用机制的重要工具。”
