日本國立研究開發法人量子科學技術研究開發機構（QST）量子醫科學研究所腦機能成像研究中心的松下有美研究員和下條雅文研究統籌負責人等，聯合近畿大學藥學部醫療藥學科的竹内雄一教授等組成的研究團隊宣佈，在超音波刺激下引發的腦神經活動增強中，響應機械刺激的感測分子「TRPC6」起到了關鍵作用。研究團隊通過自主構建能夠即時測量細胞活動的實驗系統得出了上述結論。這一成果表明，利用超音波技術有望治療神經退行性疾病及抑鬱症等。相關研究成果已發表在2024年12月4日出版的美國科學院院刊《PNAS》上。
圖1. TRPC6在超音波誘導的腦神經活動增強中的作用（供圖：量子科學技術研究開發機構）
超音波是頻率高於20千赫茲的波長，超出人耳可聽見的範圍，目前廣泛應用於醫學領域，如超音波檢查中的影像診斷等。
針對巴金森氏症等神經系統疾病以及抑鬱症等精神類疾病，近年來已有通過電刺激或磁刺激調整腦神經活動的療法。同時，也有研究報告顯示通過照射超音波可以調節腦部及四肢神經的活動。然而，超音波如何作用於神經活動的機制此前一直未明確。
因此，為了闡明這一機制，研究團隊聚焦細胞表面的感測分子。為了探明超音波對神經活動的作用機制，自主開發了一種實驗系統，可在超音波照射下通過顯微鏡即時觀察細胞活動。
研究團隊利用該系統向小鼠神經細胞照射超音波（1MHz）並對其進行了觀察，結果成功捕捉到了照射後神經細胞活動水平迅速提高的現象。
在超音波對生物體的影響中，研究團隊重點研究了超音波撞擊細胞所產生的壓力和振動的機械作用，以尋找候選對象。
通過抑制眾多候選感測分子的逐一驗證，最終發現了對超音波刺激產生響應的關鍵感測分子——「TRPC6」。此前已知「TRPC6」在心臟、肺等易受壓力的器官中有所表達，在腦部神經細胞中亦有分佈，但其具體功能此前並不明晰。
實驗發現，當利用缺失「TRPC6」的小鼠中提取的神經細胞受到超音波照射時，並未表現出神經活動的增強。然而，恢復其「TRPC6」功能後，再次照射超音波，便引發了神經活動的增強。
此外，對活體小鼠的實驗驗證表明，在通過顱骨外側施加超音波照射後，正常小鼠的神經活動顯著增強，而當使用獨特性抑制劑阻斷「TRPC6」功能時，這一現象隨之消失。
松下研究員表示：「超音波治療腦部疾病的研究尚處於起步階段。如果能夠利用本研究的成果來助力優化頻率、刺激強度等參數，就能更高效、更精準的調節腦活動，實現比以往更精確、更安全的醫療應用。」「‘TRPC6’被認為與包括阿茲海默症在内的認知障礙及抑鬱症相關，一直以來希望通過藥物調節‘TRPC6’，結合超音波刺激或許能夠實現對這些疾病的治療。已知神經退行性疾病及精神病疾患中，神經活動以及神經細胞與膠質細胞的活動均與正常情況不同。今後，我們將探索如何利用這一新發現，將神經細胞活動水平恢復至常態，以實現臨床應用。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
論文：TRPC6 is a mechanosensitive channel essential for ultrasound neuromodulation in mammalian brain
DOI：doi.org/10.1073/pnas.2404877121
