多變多巴胺——第二部：工作細胞DAN
每天在大腦中幫你工作的細胞-多巴胺能神經元(DAN)是什麼？他的家世、日常工作，試試看，讓我們使用「知識說明書」—— 本體，透過DAN的身分證號碼: 0000700開始，幾張圖將他和多巴胺的重要關係脈絡，具體呈現。一旦你有了DAN 相關知識圖譜的概念，是否又會和腦海中正在工作的DAN與多巴胺，碰撞激發出屬於你個人，什麼樣的認知新世界火花呢？
撰文｜A. H.
大家好，我是有著多重身分的多變多巴胺姑娘。作為一個有機化合物，我是化學家口中的ChEBI: 18243（欲瞭解多巴胺的化學性質者，請見《多變多巴胺第一部——：ChEBI: 18243》。當然，多變的我可不單單只有化學上的身分，與你們人類也是息息相關的！要談這層關係可就要從生物學家定義的細胞知識本體 (Cell Ontology) 身分證字號0000700開始聊起了。話不多說，先透過一張圖來認識工作細胞多巴胺能神經元 (dopaminergic neuron, DAN, CL: 0000700) ——一個使用多巴胺作為神經遞質的神經元（細胞）——的工作特質與知識族譜吧。
透過細胞本體 (CL) 的架構來瞭解細胞和多巴胺，主要是因為CL所描述的細胞知識成熟且完整（自2004年迄今已累積20年），涵蓋了從原核生物到哺乳動物的細胞類型，但不包括植物細胞。CL的豐富多元可從導入了17種外部本體與被86種外部本體重複使用觀察得知，此外，CL也被由99國，3千多名生物學家、資訊學家、臨床醫生等所組成的國際研究聯盟廣泛地應用。在2016年創立的人類細胞圖譜 (the Human Cell Atlas) 和美國國立衛生研究院的人類生物分子圖譜 (HuBMAP) 計劃中也均採用CL作為核心資源。
在《多變多巴胺——第一部：ChEBI: 18243》中，我們介紹了知識本體中的父子關係，也就是知識架構的上下關係，或稱本體的「深度」。實際上，在CL中深度的表達可達31層之深，也就是白話中家譜的31代。在圖一中可以看出，DAN的直接上層是釋放兒茶酚胺作為神經遞質的神經元——兒茶酚胺能神經元，也就是DAN的父親，繼承了神經、分泌及電信活性三大細胞家族的一些特性，由此便能幫助我們輕易掌握DAN作為分泌多巴胺的工作細胞之特性。
其次，我們對家住在中腦的DAN也通常不陌生，因為這裡的DAN與常聽聞的帕金森氏症息息相關，造成該病症的主要神經退化病變標靶組織便是這裡。而DAN在CL描述中還有兩個下層子類，其中的中腦多巴胺能神經元即是DAN的子女。由於DAN會隨年紀變老或疾病等因素退化或減少，若腦內無法產生足夠的多巴胺，負責傳遞訊息的工作便無法正常執行，也因此容易導致肢體行動退化、認知感官情緒或賀爾蒙調節等相關疾病。
另一群住在視網膜內核層中的神經元，也就是所謂的多巴胺能叢間細胞亦是DAN的子女，不過此類多巴胺在一般的介紹中並不常見，相關的研究也相對稀少。他們的專長是利用多巴胺調節神經在視網膜中適應光的作用，倘若他們能使用的多巴胺不夠多，也可能導致帕金森氏症患者的視覺障礙。
然而，相對於DAN的父子關係，他的兄弟姊妹（左右關係）較為複雜。CL本體描述了超過2700多個細胞類型，其中的神經細胞有660類、神經元超過540類。如此龐大的資料量讓人頭暈眼花，還好我們還有另一個本體幫派可以救援。美國國家醫學圖書館的醫學科目標題 (Medical Subject Headings, MeSH) 今年已70歲了（自1954年出版）。由MeSH知識樹中，他的其他神經元細胞兄弟姊妹的概況。
在知識本體中，父子兄弟姊妹關係是基本的「血緣」，而另外一種關係包涵了與外部知識的描述，亦是本體厲害之處。就像寫傳記一樣，祖孫三代交代完後，重頭戲就是敘述主角的經歷與有意義的事件。如之前介紹的《多變多巴胺——第一部：ChEBI: 18243》具有簡單的包含、類似和應用關係，在第二部中，我們的主角是有生命的細胞實體——多巴胺能神經元 (DAN)，因此「生物過程」成為了詮釋知識不可或缺的要件。藉由CL本體導入的外部基因知識本體 (Gene Ontology, GO)，我們可以更進一步瞭解細胞DAN的生物過程日常工作狀況（圖三）。
工作細胞DAN是藉由突觸 (synapse) 釋放多巴胺的神經元。根據GO本體對突觸的定義：一個神經元的軸突與另一個神經元的樹突、肌纖維或神經膠質細胞之間的連接處。
- 當軸突接近突觸時，會擴大成一種特殊結構，即突觸前端棒頭，其中包含粒線體和突觸囊泡。
- 末端棒頭的尖端是突觸前膜；面對它並隔開一個微小裂縫（突觸間隙）的是接收細胞上一個特殊的膜區域，稱為突觸後膜。
- 為了回應神經電衝的到來，突觸前末梢將神經傳導物質，如多巴胺，分泌到間隙。它們擴散穿過間隙，並將訊號傳到突觸後膜。
在CL和GO本體協力所描述的DAN (CL: 0000700) 之生物過程如圖四，或用文法來比喻知識本體中的「關係」，即是動詞：
- 有參與者 (has participant)
- 有結束位置 (has end location)
- 導致獲得特徵 (results in acquisition of features of)
而參與生物過程的實體（比喻為名詞）分別為：
- 突觸傳遞–多巴胺能：指多巴胺自囊泡釋放，從突觸前穿過化學突觸，隨後在靶細胞的突觸後啟動多巴胺受體，以及這種啟動對突觸後膜電位和突觸後胞質溶膠的離子組成的影響。過程包括誘發傳遞始於突觸前的動作電位、神經遞質的自發和誘發釋放，以及突觸囊泡的胞吐作用。
- 多巴胺能神經元分化：指神經母細胞獲得DAN的特殊結構和功能特徵的過程。
- 星形膠質細胞–多巴胺能神經元信號傳導：指介導從星狀細胞到DAN細胞間訊號的傳導。
掌握了多巴胺這個化學物質和工作細胞DAN的一些基本知識架構後，再想想看，如果說多變多巴胺很多變，那麼住在中腦的DAN釋放多巴胺後，對生物的影響無疑應該也是多變的。如此這般，多巴胺能神經元又將帶給我們什麼意外的科學騷動呢？（待續）
參考文獻
- Cell Ontology (版本2024-04-05); DAN: CL: 0000700 ; 兒茶酚胺能神經元: CL: 4033050 ; 中腦多巴胺能神經元: CL:2000097; 多巴胺能叢間細胞: CL: 0011105
- Khadjevand, Fatemeh, Sohrab Shahzadi, and Abdolhossein Abbassian. "Reduction of negative afterimage duration in Parkinson’s disease patients: A possible role for dopaminergic deficiency in the retinal Interplexiform cell layer." Vision research 50.3 (2010): 279-283.
- NIH Medical Subject Headings (MeSH版本2024); DAN: D059290
- Gene Ontology (版本2024-04-24); 突觸: GO:0045202 ; 突觸傳遞，多巴胺能: GO:0001963; 多巴胺能神經元分化: GO_0071542; 星形膠質細胞-多巴胺能神經元信號傳導: GO:0036520
- 圖三整合改編自突觸: GO:0045202描述與大英百科的突觸說明圖
✨延伸閱讀：《多變多巴胺——前傳》、《多變多巴胺——第一部：ChEBI: 18243》