聽覺的奇妙在于：聲波振動如何轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號，并被大腦識別為聲音、語音或音樂？這一過程的核心環(huán)節(jié)在于內(nèi)耳毛細(xì)胞與聽神經(jīng)元之間的突觸。近日，德國哥廷根大學(xué)醫(yī)學(xué)院（University Medical Center G?ttingen, UMG）聯(lián)合多家科研機構(gòu)，首次在分子尺度上解析了內(nèi)耳突觸的精細(xì)結(jié)構(gòu)，揭示了鈣離子通道及突觸蛋白的有序排列方式。研究結(jié)果發(fā)表在《Science Advances》上。

聽覺的“分子開關(guān)”

聽覺依賴于將聲波振動轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號的過程。在內(nèi)耳中，聲音引發(fā)的機械振動刺激毛細(xì)胞，促使其細(xì)胞膜上的鈣通道（calcium channels）開放，鈣離子流入細(xì)胞，觸發(fā)神經(jīng)遞質(zhì)釋放。這些遞質(zhì)跨越突觸間隙，與聽神經(jīng)元的受體結(jié)合，從而產(chǎn)生電信號，傳遞至大腦。

長期以來，由于突觸極其微小（僅數(shù)十到數(shù)百納米），研究者無法直接觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此次由托比亞斯·莫澤教授（Prof. Dr. Tobias Moser）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，借助3D MINFLUX納米顯微技術(shù)，首次在納米級分辨率下“看清”了這一結(jié)構(gòu)。

MINFLUX技術(shù)：讓納米結(jié)構(gòu)“現(xiàn)形”

MINFLUX顯微鏡由諾貝爾化學(xué)獎得主Stefan Hell教授團(tuán)隊在哥廷根研發(fā)，它結(jié)合了光學(xué)顯微鏡的分子特異性與電子顯微鏡的超高分辨率，可實現(xiàn)納米尺度的三維成像。

研究人員優(yōu)化了耳蝸組織的樣品制備，使其可用于3D MINFLUX成像。結(jié)果顯示，在毛細(xì)胞突觸處，鈣通道和結(jié)構(gòu)蛋白并非隨機分布，而是形成納米級簇群（nanoclusters），這些簇群呈條帶狀排列。

與此同時，儲存神經(jīng)遞質(zhì)的小囊泡也首次被清晰地可視化出來。當(dāng)這些囊泡釋放遞質(zhì)后，對側(cè)的聽神經(jīng)元受體則以環(huán)形結(jié)構(gòu)分布，這種幾何排列可最大化地“捕捉”傳來的信號分子。

納米級排列造就“極速”聽覺

通過生物物理模擬，研究團(tuán)隊證實，這種條帶狀的納米簇結(jié)構(gòu)顯著提高了神經(jīng)遞質(zhì)釋放的效率。

“鈣通道的有序排列提高了信號釋放的概率，使我們能夠更快、更精確地感知聲音?！蹦獫山淌诒硎荆斑@項研究為毛細(xì)胞突觸繪制了缺失已久的分子地圖，也揭示了為什么聽覺是人類最迅速、最精準(zhǔn)的感官系統(tǒng)之一。”

多方合作推動“聽覺顯微革命”

該研究由哥廷根大學(xué)醫(yī)學(xué)院聽覺神經(jīng)科學(xué)研究所牽頭，聯(lián)合了多尺度生物成像卓越集群（MBExC）、哥廷根大學(xué)生物網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)研究所、馬克斯·普朗克多學(xué)科科學(xué)研究所、馬克斯·普朗克動力學(xué)與自組織研究所以及高分辨顯微企業(yè)Abberior Instruments共同完成。

論文第一作者、聽覺神經(jīng)科學(xué)研究所的Rohan Kapoor博士指出：“借助改進(jìn)的樣品制備方法，我們首次利用MINFLUX在單個蛋白分子層面揭示了毛細(xì)胞突觸的三維結(jié)構(gòu)。這是聽覺研究領(lǐng)域的一次方法學(xué)突破?！?/p>

參考文獻(xiàn)：Rohan Kapoor et al, Charting the nanotopography of inner hair cell synapses using MINFLUX nanoscopy,?Science Advances?(2025).?DOI: 10.1126/sciadv.ady4344

編輯：王洪

排版：李麗