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上完大號,不想面對室友尷尬又不失禮貌的微笑?——談談常見臭味分子的結構和消除原理

ffr_96
・2021/07/21 ・2210字 ・閱讀時間約 4 分鐘

隨著暑假的來到,許多大學新鮮人開始期待嶄新的大學生活。像是活潑有趣的系學會、熱血沸騰的社團活動、或是一場轟轟烈烈的戀愛。其中,最令人興奮的莫過於宿舍生活。宿舍裡的室友可能來自四面八方,大家的生活習慣各不相同,難免會需要互相配合,特別是上廁所這回事。有些學校的宿舍,是一間房間配置一間衛浴,使用上十分方便,不需要走出房間就可以輕鬆如廁和盥洗。不過,也偶爾會發生同學們排泄物臭氣沖天,充斥整個房間的窘境 (苦笑) 。

許多人會選擇購買芳香劑或者除臭噴霧,避免自己有機會淪落到這個尷尬的情境。這些產品都主打能夠消除惡臭,達到淨化空氣的功效。不過,臭味到底是什麼?到底要如何被消除?

為什麽我們會聞到臭味?圖/giphy.com

為什麽我們會覺得臭——臭味的形成

人體的嗅覺受體細胞 (olfactory receptor cell) 約有四千萬個,在鼻腔中負責傳遞氣味訊號給大腦。大腦中的杏仁核是掌管情緒最主要的部位。當我們聞到臭味,而且產生一些負面情緒的時候,是嗅覺受體細胞產生一系列的電位訊號給杏仁核,告訴大腦「聞到這種氣體會很不舒服」這件事。簡而言之,氣味容易牽動情緒,而臭氣分子通常具有特定的結構,帶給大腦「不愉快」的訊息,因此,我們就會定義帶有特定結構的氣體是「臭」的。    

嗅覺受體細胞構造圖。圖/britannica.com

常見臭氣分子結構大解密

自然界的分子能榮登成為臭氣分子的原因非常多。除了分子本身需要具備良好的揮發性 (如果連揮發成氣體都有難度,那後面傳訊息給大腦的部分就不用玩了) 、分子結構要能夠和受體結合之外,最重要的是結構中具有孤電子對*

孤電子對能刺激人類嗅覺,因此是形成臭氣分子最主要的因素。而氮 (N)硫(S)鹵素 (F,Cl,Br,I) 等元素在形成分子時,通常是具備孤電子對的一方,因此時常在臭氣分子中見到。像是公共廁所中常聞到的尿騷味來源-阿摩尼亞(ammonia,分子式:NH3)、哺乳類動物糞便中的「屎味」-糞臭素 (skatole,分子式 : C9H9N )、在火山口或者溫泉旁能夠聞到的「硫磺味」來源-硫化氫(hydrogen sulfide,H2S )、新房子粉刷後聞到的「油漆味」來源-甲醛 ( formaldehyde,HCHO ),或者是去光水刺激的臭味來源-丙酮 ( acetone, 分子式 : C3H6O)。

常見臭氣分子結構。圖/參考資料 4

不讓臭味影響心情,你需要除臭救星!

臭味帶給生活上非常多困擾,讓身心產生不愉悅的反應。由於產生臭氣的原因眾多,因此市面上販售各式各樣產品,希望能解決這樣的問題,而每一種產品都有各自的優缺點。

(一) 物理性除臭產品

  1. 芳香劑
    市面上有些擴香、香水和固體的香膏等產品散發出濃厚的香氣,用來遮蓋環境中原本的惡臭。優點是在臭味不明顯時,不但能有效去除臭味,還能為環境增添一股芬芳,但是時間拉長之後,很容易造成兩種不同味道混雜在一起,變成另一種古怪的味道 QAQ。除此之外,已有文獻指出,芳香劑中的甲醇、甲醛等化學物質,長期吸入人體內可能會導致偏頭痛以及對呼吸道和皮膚等等的器官造成危害。
  2. 活性碳
    活性碳是利用木材、椰子殼等有機物經由一系列物理和化學方法製成的孔洞材料,吸附力非常強,能夠去除空氣中的臭氣分子,也常用於減少水中難分解的物質。它的好處在於對人體的傷害較低,而且對廣泛的分子都能有效的吸附。不過,當活性碳中的孔洞達到飽和狀態時,除臭效果就大打折扣。
有時,我們不得不求助各種芳香劑來除臭。圖/giphy.com

(二) 化學性除臭產品

  1. 液體噴霧
    臭氣產生的機制非常多,可能是來自細菌代謝後的產物,或者是物質經由氧化還原,變質之後產生的氣味等等,因此,為了同時消除多種途徑產生的臭氣,有些液體噴霧包含抗菌劑、香料、氧化劑、還原劑等,經由噴灑之後,可同時而且快速達到抑制細菌、遮蓋臭味、分解臭味分子的功效。不過,雖然液體噴霧能夠應付多種臭氣,但是並不能維持非常久的時間,因此,長期使用下來成本非常高。

雖然有些人會選擇事先告知室友們,即將要「上廁所」。不過,聞到臭味時,心情難免都會受到影響。大家可以根據自己的需求以及考量,去選擇除臭產品,也為自己減少尷尬的機會。

注釋

*孤電子對 (lone pair) : 一個原子和另一個原子形成鍵結時,沒有參與鍵結的電子。存在於原子最外殼層。

參考資料

  1. Genva, M., Kenne Kemene, T., Deleu, M., Lins, L., & Fauconnier, M. L. (2019). Is It Possible to Predict the Odor of a Molecule on the Basis of its Structure?. International journal of molecular sciences, 20(12),3018.
  2. Steinemann, A. (2017). Health and societal effects from exposure to fragranced consumer products. Preventive Medicine Reports, 5, 45–47.
  3. 一「嗅」萬千的巧妙
  4. 陳玟妏(2006)。高雄市臭味調查及改善 (碩士論文)。
  5. 周明顯(2005)。環境臭味及控制科學發展,2005 年 3 月,387期。
  6. 蘇裕昌(2004)。生活環境中主要的臭味成分及臭味的去除紙漿技術,Vol 18,No. 1。

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從小吃貢丸米粉長大,大學以火雞肉飯為主食。過了四年,乘著風回到北部。現在是中央化學所碩一生,喜歡花花草草,期許自己能將生活中的化學介紹給大家。 個人IG連結:https://www.instagram.com/ffrliterature/

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信心的身世之謎-《信心密碼》
PanSci_96
・2015/08/04 ・3497字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 564 ・九年級

人類密碼

信心是否深植於基因呢?沒錯—至少部分如此。不僅索米這樣認為,我們訪談過的十幾位專家也見解一致。每個人天生的信心程度大小不一,而且影響因素遠不只是 SLC6A4。「許多個性都跟基因有關。」基諾麥(Genomind)尖端基因檢測公司創辦人之一的隆巴德(Jay Lombard)說:「個性顯然跟先天及後天都脫不了關係。美國國家衛生研究院已把探索基因如何影響大腦及性格列為首要目標。」

twins
twins

如果以研究規模與時間來說,在所有探討基因與信心的研究中,英國倫敦國王學院行為基因學家普洛明(Robert Plomin)的研究最令人注目。雖然他不像索米有一塊專屬園地,但也相去不遠,而且他的研究對象可是人類。二十年前,普洛明決定展開一項雄心壯志的研究,追蹤一萬五千對英國雙胞胎,從出生追蹤到成年,獲得龐大研究資料,包括智商、患病傾向與性別角色等,其中有些是同卵雙胞胎,具有相同的基因,其他則是異卵雙胞胎,基因相似度跟一般手足差不多。長期以來,雙胞胎是探討先天與後天分野的最佳研究對象。 普洛明近來調查他們的學業表現,決定把焦點擺在信心。他讓他們分別在七歲和九歲接受標準智力測驗,此外也測驗他們在數學、寫作與科學等三科的表現,接著請他們評估自己對各科有多少信心,並把老師提交的報告納入考量。普洛明跟他的研究小隊交叉比對全部資料以後,有兩個發現出乎他們的意料。首先,學生對自身能力的評估跟實際表現相差無幾,甚至比智力更為準確。簡言之,信心比智力更能反映是否成功。普洛明從學童身上的發現,跟安德森研究成人的結果可謂不謀而合。

他們也發現信心與基因息息相關。他們把同卵雙胞胎跟異卵雙胞胎的信心自評分開,發覺同卵雙胞胎的自信程度比較相近。研究結果顯示基因與信心的關連程度高達五○%,甚至可能比基因跟智商更關係密切。 信心這種難以捉摸的性格特徵,竟然可能跟智商一樣出自遺傳?我們一時無法想像,直到我們發現性格基因學有著突破性的發展。過去十年之間,行為基因出現無數重大發現,科學家不僅能有效地替基因定序,還能檢視人類行動之際的頭腦運作。目前已有數百個研究探討基因、大腦、行為與神經成像,明確指出多數性格在胎兒階段即已形成。研究人員找出形形色色的特定基因,分別會讓人個性害羞、幹勁強、容易出現犯罪行為,或傾向成為職業舞者。 有件事必須說清楚,並非所有的專家都同意普洛明的結論,認為信心有一半源自基因。人格五大基本特質包括開放性、盡責性、外向性、親和性與穩定性,他們認為這些特質確實一半源自天生,至於樂觀與信心這類情緒,也就是五大特質的衍伸面向,大概只有二五%來自遺傳。然而我們對此依然吃驚。不管信心受基因影響的比例是五○%或二五%,都高於我們原先的預料。(不久之後,孕婦就能替胎兒做快速基因檢測,再決定是否該花錢裝鎖、買書、買填充玩具,或者在牆壁裝上軟墊。)

儘管基因研究相當迷人,也有長足進展,但仍不夠。人類兩萬組基因的研究進展慢如牛步,目前仍未發現任何特定的性格基因,畢竟過去二十餘年間,基因研究關注身心疾病,而非健康快樂,但情況正在改變,學界開始留意一個同樣有意思的問題:心理健康的人具備何種基因? 一如所料,智商是最受注目的熱門主題。藉由比對基因與智商,全球各地的研究人員已發現至少一個智力基因。中國年輕專家趙柏聞(Zhao Bowen)正帶領研究團隊尋找下一個智力基因,如火如荼地檢視全球高智商人物的基因樣本。然而目前尚無研究團隊在全球蒐集高自信人物的基因樣本,我們訪談過的所有專家也都不認為會有單一的信心基因。他們認為信心跟許多錯綜複雜的人格特質一樣,受到幾十個甚至更多個基因影響,跟複雜的荷爾蒙及神經活動息息相關。信心同時牽涉情緒與認知,與後設認知有關,因為信心涉及我們頭腦的認知。換言之,信心不只關乎我們是否能做到某件事,還關乎我們是否認為自己有辦法做好某件事。即使如此,學界目前仍多方探索信心,研究樂觀與焦慮等相關人格特質,期望拼湊出一套初階基本的信心公式。

信心激起行動

Soure: flickr

如果說信心能夠激起行動,是什麼讓大腦決定採取行動呢?我們發現幾種神經傳導物質有助大腦採取行動,在腦中扮演正向傳令的角色,索米所追蹤的血清素就屬一例。如果前額葉皮質有充足的血清素,就能較理性的判斷,因為血清素有助鎮定。前額葉皮質是頭腦的指揮中心,負責各種管控、理性思考與做出判斷,在頭腦裡的地位就像《星際大戰》的尤達大師。只要前額葉皮質充滿血清素,壓力會減輕許多,更有信心做出決定。 這是因為血清素也有助抑制杏仁核。杏仁核是大腦較原始的一部分,堪稱原始中樞,在需要迅速產生情緒反應時派上用場。這類情緒多屬負面,例如迅速決定該戰該逃,遠古人類在熱帶大草原正是靠這種原始直覺求生。在今日現代社會,求生不再是日常擔憂(即使有時顯得並非如此),但杏仁核仍會激起心理威脅,造成憂鬱焦慮。血清素負責讓杏仁核鎮定,讓頭腦的理性與恐懼能「健全溝通」。

催產素是另一個直接影響信心的神經傳導物質,這起初令我們大吃一驚。妳也許從媒體報導上讀過有「擁抱荷爾蒙」稱號的催產素,科學家說這種神經傳導物質使我們想跟愛人肌膚相親,對朋友慷慨大方,遵守道義良心,做人忠誠可靠。女性分娩與哺乳時,催產素濃度大幅提高。做愛與運動時,催產素也會增加,堪稱良性循環:妳越常擁抱,催產素越高,於是妳更想擁抱對方。最近一項引發爭議的研究甚至認為催產素促進一夫一妻制。 加州大學洛杉磯分校心理學教授泰勒(Shelley Taylor)以催產素為研究主題,發現催產素與樂觀密切相關,對信心也影響重大。她認為催產素能刺激人際互動,減少怨天尤人,讓人更願意採取行動及放手冒險。性格越樂觀,行動越容易。催產素跟血清素在腦中的作用幾乎一模一樣:活化前額葉皮質,促進高階思考與各種管控,使動輒緊張的杏仁核保持安定。

泰勒甚至找到控制催產素傳遞的OXTR基因。這個基因跟血清素基因情況相近,也分為兩種:一種導致社交能力低落,易感壓力,較不樂觀,較無自尊,較難熟練某個能力;另一種則讓人更有心理復原力,放鬆自在,活潑外向。雖然我們能靠懷孕與擁抱提升催產素濃度,但有些人天生具有較多催產素,從一開始就更有機會展現自信態度與行為。

此外,一定要提多巴胺。多巴胺能激發行動與探索,與好奇心及冒險心息息相關。要是缺乏多巴胺,會變得消極被動,無聊空虛,鬱鬱寡歡。控制多巴胺的基因有兩個,一個稱為COMT,另一個稱為DRD4,各自包含不同類型。(妳猜得到我們接下來想講什麼吧?)

DRD4的其中一種類型是 DRD47R,能激起大膽行動,通常別名「冒險基因」。不妨想一下高空跳傘或愛鬧醜聞的政客。此外,極限運動員與大膽投資客多半也有這種基因,渴求挑戰極限之際澎湃湧起的旺盛多巴胺。

COMT通常稱為「好鬥煩惱基因」,錯綜複雜,但跟信心大有關連。我們想了解自己天生是傾向煩惱還是好鬥,藉機探索COMT的作用。COMT的其中一種類型會迅速清掉前額葉皮質裡的多巴胺(使人好鬥),另一種類型清除速度中等(好鬥兼煩惱),第三種類型則速度緩慢(使人煩惱)。多巴胺通常對人有利,前額葉皮質裡的多巴胺越多,專注力越高。治療注意力不足過動症的藥物都從多巴胺下手。煩惱基因讓多巴胺在腦中停留更久,智商也更高;好鬥基因讓腦中缺乏多巴胺,通常造成注意力不足。不過,COMT涉及一個難題。在壓力之下,人體會迅速製造多巴胺,湧入大腦皮質,但多巴胺過量不會讓人更加專心或大膽,而是適得其反,害頭腦壓力過大而失靈,這時好壞互易,較慢清掉多巴胺的煩惱基因不再有利,反倒成為害頭腦失靈的罪魁禍首。

在壓力之下,兩種基因利弊互換,這解釋為何原本專注可靠的員工無法應付困難測驗或高壓狀況,平素表現平平的員工反倒突然脫穎而出大獲成功。這種人得有點壓力才能發揮得淋漓盡致,例如明星運動員越是遇到激烈比賽,越是表現得令人驚豔。舉個我們更熟的例子,很多記者在十萬火急時趕出來的新聞稿反倒最精采動人。

我們立刻發覺COMT基因的矛盾特性與信心有關,解釋為何信心局限在特定領域。有些律師做起案情簡報可圈可點,當庭辯論卻荒腔走板。或者,有些行銷經理平時工作無精打采,碰到月報卻精力充沛,夜以繼日,最終想出厲害點子。某程度而言,他們天生就是如此。我們開始明白荷爾蒙如何構成信心的基礎。多巴胺激發行動,血清素幫助鎮定,催產素喚起對他人的溫暖正面態度,三者相輔相成,信心從而扎根。

信心密碼

 

 

本文摘至《信心密碼》,由先覺出版社出版

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嗅覺測試可以診斷自閉症?
葉綠舒
・2015/07/08 ・547字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

source: Flickr

一般人在聞到玫瑰花香的時候,總是會深深吸氣,想要多聞一點那醉人的甜香;相對的,當我們聞到臭味(公共廁所、腐臭的食物)時,總是會盡量閉氣,即使不得已要吸氣時,也會盡量淺淺地吸氣,唯恐多聞一點臭味會薰死自己。大人如此,小孩也會這樣;只是小孩可能比較不擅表達罷了。

根據刊登在美國「當代生物學」(Current Biology)期刊、針對36名兒童(18名自閉症,18名控制組,年齡為七歲左右,17名男性,1名女性)所作的研究結果顯示,正常的孩子在305毫秒(ms)內就會對氣味做出反應,但是患有自閉症的兒童不論是聞香或聞臭,反應都沒有差別。

而且,研究團隊發現,在自閉症的兒童的組別中,社交障礙的程度似乎與異常聞臭反應(aberrant sniffing)之間呈現正相關。

筆者認為,這當然是很有趣的發現,不過也要記得,因為只測試了36個人,樣本數還不夠大,所以還要看未來擴大測試規模後是否仍能有相當程度的準確率。這個發現的重要性主要在於,過去自閉症大概都要等到兩歲左右才能確診,如果這個測試真的有準確度,或許可以早點診斷出來,早點治療。畢竟早療在發展障礙上還是很大的幫助。

原刊轉載自作者部落格

參考文獻:

  • Noam Sobel et. al. 2015. A Mechanistic Link between Olfaction and Autism Spectrum Disorder. Current Biology. http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.05.048
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大麻可能的新用途:治療抑鬱症?!
活躍星系核_96
・2019/03/16 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 626 ・十年級
  • 本文轉載自「BioArt」,一心关注生命科学,只为分享更多有种、有趣、有料的信息。投稿、合作、转载授权事宜请联系微信ID:fullbellies 或邮箱:sinobioart@bioart.com.cn

北京時間 1 月 15 日淩晨,李曉明教授團隊在 Nature Medicine 雜誌上發表了題為 Cannabinoid CB1 receptors in the amygdalar cholecystokinin glutamatergic afferents to nucleus accumbens modulate depressive-like behavior 的研究論文,發現了一條參與抑鬱症發病的新神經迴路並揭示了大麻治療抑鬱症的新機制,為認識抑鬱症的神經迴路提供了嶄新的認識,並發現了潛在的治療靶點。

圖片由李曉明教授團隊提供

抑鬱症是一種最常見的精神疾病,嚴重困擾患者的生活和工作,給家庭和社會帶來沉重的負擔(12月1日,傑出的華人物理學家張首晟教授是因抑鬱症意外去世,引發了社會對抑鬱症的廣泛的關注與討論),目前我們對抑鬱症的病理機制仍然知之甚少。

臨床上對於抑鬱症的診斷主要通過患者自述,而針對抑鬱症的治療藥物主要是通過提高腦內化學遞質的水準來達到抗抑鬱的效果,起效很慢,而且只在20~30%左右的病人中有效。

因此,研究抑鬱症的發病機制對於其診斷和治療具有重要意義。

抑鬱症相關的神經元與大麻素受體有關?

關於李曉明教授團隊最新的這項研究,首先,他們發現了參與抑鬱症發病的一條新的神經迴路-杏仁核的膽囊收縮素陽性神經元投射到伏隔核的抑制性神經元,進一步發現在社會壓力應激導致的抑鬱動物模型中,該迴路的突觸活動顯著增強,利用光遺傳技術抑制這條神經迴路的活動可以有效克服抑鬱症狀。

其次,他們發現大麻素受體在這條迴路特異性表達,並且在抑鬱動物模型中該回路上的大麻素受體表達顯著降低。敲降該迴路上的大麻素受體也可以導致迴路突觸活動增強和小鼠易感抑鬱的表型。更重要的是,他們發現外源性地給予人工合成的大麻可以逆轉社會壓力導致的抑鬱樣行為。

這些發現不僅揭示了大麻抗抑鬱的分子和迴路機制,推進了人們關於抑鬱症發病機理的認識,並為抑鬱症的臨床診斷和治療提供了新的分子靶點。

李曉明團隊成員從左到右為:鄭迪,李春悅,李曉明教授,沈晨傑,付佳毓,餘小丹

主掌恐懼記憶的大腦「杏仁核」

據瞭解,在長達五年的研究中, 浙江大學李曉明教授團隊主要關注一個叫做杏仁核的腦區。杏仁核位於掌管情緒的邊緣系統中,在大腦深處,因形狀酷似杏仁而得名。杏仁核在在下至爬行動物,上至人類的大腦都存在,傳統研究表明,杏仁核主要掌管我們的恐懼記憶。

但是近些年來研究認為,杏仁核可能參與情緒的編碼。

他們首先利用原位雜交等技術分析了杏仁核的基因圖譜,意外地發現一種名為膽囊收縮素的肽類在杏仁核高表達。為了研究這類膽囊收縮素陽性神經元在情緒編碼中的作用,他們採用一種名為「即時位置條件偏好」的行為範式,他們將小鼠放入一個可以自由穿梭的兩箱內,然後在一側箱子給予光遺傳刺激(即用光控制神經元活動)啟動小鼠腦內杏仁核的膽囊收縮素肽類神經元。

研究人員在觀察小鼠行為的時候,有趣的事情發生了。他們發現,小鼠一旦進入光刺激區域時,幾秒後,它就會快速逃回另一側。久而久之,小鼠就不願到光刺激區域探索。這就說明,光啟動杏仁核的膽囊收縮素神經元帶給了小鼠「厭惡」的情緒體驗。

相反,研究人員也發現,如果利用光遺傳同樣地啟動杏仁核不表達膽囊收縮素的神經元,小鼠會表現出對光照區域的「喜愛」,這就說明這些杏仁核膽囊收縮素陽性和陰性神經元編碼了「厭惡」和「愉悅」兩種截然相反的情緒體驗。

進一步研究發現,這兩群杏仁核神經元除了基因表達的差異,它們在神經迴路投射上也存在很大的區別。雖然這兩群杏仁核神經元都投射到一個叫做伏隔核的下游核團,但是膽囊收縮素陽性神經元主要和伏隔核表達多巴胺受體 2 型的抑制性神經元形成突觸聯繫,相反,膽囊收縮素陰性神經元主要和伏隔核表達多巴胺受體 1 型的抑制性神經元形成突觸聯繫。 「這是首次同時從基因和迴路的水準鑒定了杏仁核表達愉悅和厭惡的候選基因及其相關的神經迴路。」,李曉明教授解釋道。

杏仁核「厭惡」神經迴路活動異常可能導致抑鬱?

臨床抑鬱症患者屍體解剖和影像學等證據都表明「杏仁核」的體積在抑鬱症患者中增大,並且當抑鬱症患者面對負性情緒刺激時,他們的杏仁核也被顯著被啟動,這提示杏仁核可能在抑鬱症的發病過程中扮演著非常重要的作用。

為了證實杏仁核這兩條編碼「愉悅」和「厭惡」神經迴路在抑鬱症中的作用,他們用了一種名為「社會應激挫敗」的抑鬱模型。他們將實驗小鼠放入攻擊性強的CD1品系小鼠的籠子裡,一旦實驗小鼠進入,CD1小鼠會立即追打和攻擊實驗小鼠,這個攻擊過程持續10分鐘,連續10天。在第11天,這些實驗小鼠被放入一個社會交互的曠場中,將CD1小鼠放在曠場中央,一部分小鼠表現出社會逃避,不願意和CD1小鼠進行社會交流,他們稱這些小鼠是悲觀型小鼠。

研究人員進一步利用「懸尾實驗」和「糖水偏好實驗」發現,這些悲觀小鼠表現出「行為絕望」和「快感缺失」,即當被倒立懸掛時,悲觀小鼠更早地表現出放棄掙扎的狀態,並且它們對平時喜歡的糖水獎勵也無動於衷。相反,另外一群小鼠在經歷10天社會應激後,在第11天仍然願意與CD1小鼠進行交流,這些小鼠被稱為樂觀型小鼠。

生活中,即使面對同樣的壓力時,有部分人更容易消沉,甚至進入長期的抑鬱狀態,這與他們大腦有關。」,該論文的第一作者沈晨傑博士解釋道。

接著,他們利用離體腦片電生理記錄等技術發現,杏仁核相關「厭惡」神經迴路的活動在悲觀型小鼠中異常活躍,如果人為地光遺傳學抑制杏仁核「厭惡」迴路的神經元活動,可以逆轉悲觀型小鼠的抑鬱樣症狀,表現為悲觀型小鼠主動接近CD1小鼠與它交流,並且掉入水中的求生欲和對糖水的喜好都大大增強。相反,如果在正常小鼠中持續啟動腦內杏仁核的「厭惡」迴路,這些正常小鼠慢慢地表現出行為絕望和快感缺失的抑鬱樣表型。

「這就說明腦內杏仁核膽囊收縮素相關的厭惡迴路可以雙向調節抑鬱行為,這為以後治療抑鬱症提供了一個新的治療策略。」,該論文的第二作者鄭迪博士說。

「厭惡」神經迴路刹車:大麻素受體

為了進一步研究悲觀小鼠杏仁核相關「厭惡」迴路活動增強的具體分子機制,他們利用原位雜交技術發現,大麻素受體大量表達在杏仁核膽囊收縮素肽類神經元陽性的「厭惡」神經迴路中。

什麼是大麻素受體?大麻素受體是人的中樞神經系統中表達量最高的 G 蛋白偶聯受體之一。大麻素受體主要位於突觸前膜,腦內的大麻素受體不僅可以被令人上癮的大麻主要成分植物性大麻素 THC 所啟動,也可以被存在於神經系統突觸後膜產生的內源性大麻素 N-花生四烯酸氨基乙醇和 2-花生四烯酸甘油所啟動。當神經迴路上的突觸活動過強時,突觸後的神經元會產生內源性大麻素「逆行」到突觸前激動大麻素受體,被啟動的大麻素受體可以抑制突觸前遞質的釋放,從而起到回饋性的調節。

「如果把神經迴路的突觸活動比作為高速行駛的汽車,那腦內的大麻素受體就是這輛汽車的刹車系統。」沈晨傑博士說。

小鼠腦內杏仁核區域膽囊收縮素(Cholecystokinin,CCK)和大麻素受體(Cannabinoid receptors,CB1)共表達情況

這些在杏仁核「厭惡」迴路中高表達的大麻素受體和抑鬱症又有什麼關係呢?他們在悲觀小鼠的腦內發現,其大麻素受體的表達水準較對照組小鼠和樂觀小鼠明顯降低,離體和在體電生理證據表明,悲觀小鼠腦內降低的大麻素受體表達使得杏仁核表達「厭惡」的神經迴路,其面對壓力時的過度突觸活動不能被有效抑制。並且,如果利用病毒敲降正常小鼠「厭惡」迴路中的大麻素受體,這些小鼠會表現出對壓力的易感性,即當它們面對社會應激壓力時,更容易表現出抑鬱樣的行為表型。

我們的結果證明大麻素受體對於杏仁核「厭惡」情緒的表達至關重要,一旦其表達或功能下降,都會導致杏仁核厭惡情緒的過度表達,就好比是行駛在高速公路上無法刹車的汽車,最終釀成

大禍。」沈晨傑博士解釋道。

「並且,值得注意的是,2007年一款一度被推崇的新型減肥藥,也就是大麻素受體的拮抗劑利莫那班在全球市場被緊急撤回,主要是因為它在減肥的同時還會導致抑鬱,我們的研究提供了大麻素受體功能下調導致抑鬱症的神經迴路解釋。」

醫用大麻:抗抑鬱治療的新曙光?

早在千年之前傳統醫學的經典文獻《皇帝內經》中,就記載了古人醫用大麻的案例。大麻是一種非常有效的止痛劑,同時對噁心、嘔吐也有較好的療效。大麻的醫用史可追溯到 5000 年以前,可以用於疼痛、嘔吐、癲癇等。

既然抑鬱小鼠中杏仁核「厭惡」迴路中的大麻素受體表達下降,導致了突觸活動增強和厭惡情緒過度表達。那麼如果人為給予外源性大麻素,能否起到抗抑鬱效果呢?他們利用套管注射等方法,在抑鬱小鼠腦內注射了人工合成的大麻,發現可以有效地逆轉小鼠的抑鬱樣症狀。「醫用大麻用於抑鬱症的治療仍有很長一段路要走」,李曉明教授說,「但是,我們的研究提示大麻素受體可以作為一個抑鬱症診斷的分子標記物,我們目前已經成功設計並合成了針對大麻素受體的臨床用PET示蹤劑,正在開展相關的臨床研究。」

據悉,Nature Medicine 雜誌評審專家對這一研究給了很高的評價,「這項工作非常新穎,具有高度的原創性,實驗設計嚴謹,利用多種技術從分子、細胞、迴路和行為等不同層面,在概念上更新了我們對重度抑鬱症發病機理,應激神經生物學和杏仁核迴路結構和功能的認識,並必將對這些領域產生重要影響。」「實驗設計巧妙,結果不僅有趣,而且非常有實用價值,具有廣泛的意義。」「這項工作提供了讓人信服的資料,證明了杏仁核膽囊收縮素陽性神經元到伏隔核迴路中的大麻素受體在調節抑鬱樣症狀中的重要性。」

本課題主要由博士研究生沈晨傑、鄭迪、李可心等在李曉明教授的指導下完成。2014級博士研究生沈晨傑是論文的第一作者,李曉明教授是論文的通訊作者。該研究得到了浙江大學胡海嵐教授、段樹民院士等的大力幫助。


專家點評

仇子龍(中科院神經科學研究所研究員,國家「傑青」)

李曉明教授上周和這周兩篇力作,分別在成癮和抑鬱症相關的神經迴路方面有重要發現。李曉明教授主要研究大腦抑制性神經迴路在情感和情感障礙中的作用。神經迴路研究是國際神經科學界的熱點領域,神經科學的最新技術,如光遺傳、全腦成像、藥物遺傳學與基因編輯等最新技術的應用日新月異,競爭呈白熱化狀態。在此領域激烈的國際競爭中,我國科學家整體並不占任何優勢。如何在競爭激烈的領域擁有自己的一席之地,李曉明教授的一系列系統性的工作給了我們很好的啟示。

李曉明教授實驗室長期關注大腦中抑制性神經元相關的神經迴路,在2012年以來,他們主要研究PV陽性的GABA能抑制性神經迴路在癲癇、精神分裂症、睡眠障礙和自閉症等疾病中的作用(Li et al. Nature Neuroscience,2012; Yang et al. Journal of Neuroscience,2013; Ni, et al. eLife,2015; Zhang, et al. Cell Research,2016; Geng, et al, Journal of Neuroscience,2017)。近年來他們運用跨突觸病毒標記的方法,系統性地研究了包括PV神經元在內的多種GABA能神經元的全腦投射。

上周他們的Neuron文章(Li, et al, Neuron,2019)發現VTA腦區的GABA能神經元對於調控成癮行為有嶄新的神經迴路機制。這篇Nature Medicine(Shen et al, Nature Medicine, 2019)工作研究了杏仁核中CCK神經元的神奇功能。杏仁核是一個經過多年研究的大腦核團,與恐懼記憶有關,關於杏仁核的發表文章可以說已經汗牛充棟。而曉明教授的團隊另闢蹊徑,發現杏仁核的CCK陽性神經元不僅僅有GABA陽性神經元,還有大量的谷氨酸能長程投射神經元,經過深入研究,他們發現這些CCK谷氨酸能投射神經元通過調控紋狀體的GABA能中棘神經元參與抑鬱症的核心症狀,為認識抑鬱症的神經迴路提供了嶄新的認識,並發現了潛在的治療靶點。

這篇重量級文章與浙大醫學院胡海嵐教授于2018年初發表的兩篇Nature article文章相映成趣(兩篇Nature長文丨胡海嵐團隊抑鬱症研究的重大突破——仇子龍特評),在國際抑鬱症的神經迴路研究領域必將產生重要影響。


通訊作者簡介

李曉明博士

醫學博士、浙江大學「求是特聘」教授、教育部「長江學者」特聘教授、中組部國家「萬人計畫」創新領軍人才、國家傑出青年基金獲得者。李曉明博士分別于 1996 年和 2003 年從原第一軍醫大學獲醫學學士和醫學博士學位。目前任浙江大學醫學院常務副院長、神經生物學系主任。

李曉明教授實驗室長期研究情感和情感障礙的神經迴路機制,在突觸和神經迴路的結構和功能調控領域,尤其在精神分裂症、抑鬱症等神經精神疾病的發病機制方面取得重要研究成果,代表性論文以通訊作者發表在國際著名期刊如Nature Medicine、Nature Neuroscience、Neuron等上,並被國際同行發表專文正面評述。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia