人身上一個(gè)狂耗能量的器官就是人腦。這個(gè)耗葡萄糖量大的器官盡管僅約占全身體量（body mass）的2%，但是卻在人體靜止?fàn)顟B(tài)下，消耗總能量的20%。腦對(duì)能量的需求很可能羈絆住了它的進(jìn)化腳步，也阻礙住了科學(xué)家們研究布線圖案（wiring pattern）、信號(hào)編碼和神經(jīng)元突觸特性的進(jìn)度。
在本期Nature Reviews Neuroscience中，Attwell和Gibb探討了可用能量如何限制住腦工作的最大速度，以及興奮性突觸（excitatory synapse）的分子成分是如何進(jìn)化出一些應(yīng)對(duì)高能量需求的信號(hào)處理特性，等等。拿AMPA受體為例，它具有較低的親和性，從而在谷氨酸從突觸間隙被移除的時(shí)候，它們的反應(yīng)能在幾毫秒（millisecond）內(nèi)迅速被終止。還有很多關(guān)于興奮性突觸傳遞設(shè)計(jì)原理方面的見(jiàn)解。
(Figure: Schematic diagram of a glutamatergic synapse.)
線粒體將存儲(chǔ)在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分子中的能量轉(zhuǎn)移到ATP分子中，充分地滿(mǎn)足腦對(duì)能量的渴求。Andrews，Diano和Horvath仔細(xì)探討了該過(guò)程：指出將線粒體對(duì)底物氧化作用過(guò)程，與質(zhì)子剃度帶動(dòng)ADP磷酸化轉(zhuǎn)化成ATP的過(guò)程解偶連有著很多益處。作者致力于神經(jīng)元解偶連蛋白（neuronal uncoupling protein）方面的研究。通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生（biogenesis）、鈣離子流量、自由基(free radical)產(chǎn)生以及局部溫度，這些蛋白質(zhì)被認(rèn)為在神經(jīng)保護(hù)（neuroprotection）和神經(jīng)調(diào)制（neuromodulation）方面具有獨(dú)特的地位和作用。神經(jīng)元解偶聯(lián)蛋白方面的研究還處于起始階段，前面的挑戰(zhàn)會(huì)有很多，當(dāng)中一個(gè)非常重要的挑戰(zhàn)就是實(shí)現(xiàn)藥理上的解偶連-既解決病患又不動(dòng)及細(xì)胞給腦部正常能量供給的能力。
參考文獻(xiàn)：
NEUROENERGETICS AND THE KINETIC DESIGN OF EXCITATORY SYNAPSES
Nature Reviews Neuroscience 6, 841-849 (2005)
MITOCHONDRIAL UNCOUPLING PROTEINS IN THE CNS: IN SUPPORT OF FUNCTION AND SURVIVAL
Nature Reviews Neuroscience 6, 829-840 (2005)