来源:滚动播报

(来源:中科院之声)

大脑的神经活动离不开神经元之间的精密连接。众多神经元通过突触形成复杂的神经网络,而突触传递强度和效率的动态变化,即突触可塑性,是人类学习和记忆的细胞基础。

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在这一过程中,NMDA受体扮演着核心角色,其功能异常可能诱发癫痫、精神分裂症、抑郁症、阿尔茨海默症等多种神经系统疾病。

NMDA受体功能与其亚基组成密切相关。解析天然状态下NMDA受体的亚基组成、组装方式和门控转换机制,对于开发靶向特定亚型的治疗药物具有重要意义。

长期以来,科学界对NMDA受体的研究大多依赖体外重组表达的NMDA受体,而大脑中的内源受体,其组成和构象动态更为复杂。因此,如何直接从脑组织中解析内源受体结构,成为该领域亟待突破的重要挑战。

针对这一难题,中国科学院上海有机化学研究所等研究团队,首次从小鼠全脑组织中成功提取内源NMDA受体,并完整解析了其构象多样性,进而捕获到一种新的门控完全开放状态。该研究为理解NMDA受体的工作机制提供了新的结构视角。

▲内源NMDA受体的十种组装体及其亚基组成。
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▲内源NMDA受体的十种组装体及其亚基组成。

研究团队通过免疫亲和纯化、单分子全内反射荧光显微镜及冷冻电镜技术,首次实现小鼠全脑内源NMDA受体的提取与结构解析,共鉴定出十种不同的组装结构,清晰呈现出内源NMDA受体丰富的构象多样性,并证实含GluN2A亚基的NMDA受体在小鼠全脑中占主导地位。研究进一步发现,GluN2A-ATD的高度灵活性是GluN2A型受体具备快速动力学特征和独特药理学性质的重要结构基础。

研究团队还在内源性GluN1-GluN2B受体中捕获到一个此前从未观察到的完全开放构象。该结构显示,受体通道门控M3 helix在GluN1和GluN2B两个亚基中均发生明显的向外旋转,导致离子通道孔径显著扩大,从而实现真正意义上的通道开放。

这一发现解决了NMDA受体研究领域长期悬而未决的关键科学问题,为学界理解配体结合如何驱动受体通道完全开启,提供了直接的结构证据。

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▲内源GluN1-GluN2B受体的通道孔径分布图。(左图为非活性状态,中间为完全开放态,右图为已报道开放态)

该研究揭示了内源性NMDA受体的构象多样性和门控机制,强调了GluN2A在突触信号传导中的核心作用,为学界理解大脑中亚型特异性受体的功能差异建立了结构框架,也为后续研发靶向特定NMDA受体亚型的神经疾病治疗药物奠定了结构基础。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10139-w