神经生物学聚焦于解析神经系统的细胞与组织结构，这涵盖了中枢神经系统（脑、脊髓）和周围神经系统（由神经元轴突形成的神经纤维网络），并对神经元的形态分化（如树突、轴突的极化分布）、神经胶质细胞的协同支持功能都有所研究?；拱送淮ソ榈嫉姆肿有藕磐罚ㄈ缟窬葜适头牛?，以及轴突膜离子通道驱动的电信号传导等。
?在神经系统内，电子显微镜技术的使用，扩大了我们对神经传递如何发生的结构理解，揭示了各种细胞间通信途径，如神经元离子通道和感觉受体。结构生物学技术还确定了充当化学感受器（嗅觉和味觉）和光感受器（视觉）的关键蛋白质的结构和功能。
赛默飞强大的电子显微镜家族，为科学家们的跨尺度研究提供强有力的技术支撑。从单颗粒分析技术（SPA）、冷冻电子断层扫描（Cryo-ET）到体电子显微镜（Volume EM），多种技术路线，串起从分子、蛋白质、亚细胞、细胞、组织的神经科学领域跨尺度研究。
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神经元和癌症细胞之间的相互作用在许多恶性肿瘤中都有被发现，但没有直接证据证明这与癌症转移有相关性。目前还不清楚神经元和非肿瘤类型的癌症细胞之间是否存在突触通信，如果存在，或许可以有效解释癌细胞转移这一医学难题。Venkataramani 等人借助 3D EM 技术，发现神经元竟能与非神经癌细胞形成直接突触，并在癌症细胞中产生兴奋性突触后电流。这一发现意义重大，不仅揭示了神经元 - 癌细胞相互作用的机制，还为探究癌细胞转移的过程提供了新方向，更为潜在治疗策略的开发带来了希望。就像在黑暗中为我们点亮了一盏灯，指引着攻克癌症转移难题的道路。
（Green--Tumor Cell绿色--肿瘤细胞; Yellow—Neuronal Presynaptic Bouton黄色—神经元突触前基底; Red—Presynaptic Vesicles 红色—突触前小泡 ）
3D EM reconstruction of presynaptic vesicles (red) in a melanomabased brain micro-metastasis. Reproduced under CC BY 4.0.
基于黑色素瘤的脑微转移瘤突触前囊泡（红色）的3D EM重建
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tRNA 甲基化作为一类重要的RNA表观遗传修饰，在细胞生长与增殖中起着关键作用，比如增强关键转录因子的翻译效率，维持翻译保真度等。N7-methylguanosine (m7G) 是tRNA上丰富的化学修饰之一，其甲基化转移酶METTL1-WDR4 复合物被证明与多种癌症及脑部发育等疾病的发生相关。。Ruiz - Arroyo 团队深入研究METTL1-WDR4与 tRNA 的复合物，通过单颗粒分析结构，成功解析了 METTL1 的甲基化机制，让我们对甲基化功能障碍和相关疾病有了更深入的理解，为脑癌治疗的研究添砖加瓦。
3.53 A resolution single particle analysis structure of human METTL1-WDR4 in complex with Lys- tRNA and S-adenosylhomocysteine. PBD ID: 8EG0
METTL1-WDR4与Lys-tRNA和S-腺苷高半胱氨酸复合物的分辨率单颗粒分析结构，分辨率3.53埃。PBD ID:8EG0
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当身体的T细胞或抗体攻击自身抗原时，就会产生自身免疫。这种不适当的免疫反应的触发因素可能是环境因素，比如病毒诱发，也可能是内部因素，比如肿瘤诱发。当这种自发免疫发生在脑部时，就会产生自身免疫性脑炎。其往往伴随急性发作的精神病、癫痫、运动障碍、意识受损和自主神经异常等。Noviello 等人对脑炎患者体内与 GABA 受体结合的抗体结构进行分析，从结构层面揭示了 GABA 抑制的机制以及自身免疫性脑炎的病理基础，为脑炎的诊断和治疗提供了重要的理论依据，仿佛为我们打开了一扇了解脑炎发病机制的大门。
Single particle analysis structure of a human GABAA receptor in complex with a Fab115 antibody at 3.00 A resolution. PDB ID: 7T0W人类GABAA受体与Fab115抗体复合物的单颗粒分析结构，分辨率为3.00埃。PDB ID:7T0W
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电压门控钙离子通道（Cav）是钙离子进入细胞的重要通道，能够特异性传递钙离子，进而参与多种重要的生理过程。一旦 Cav 的功能发生异?；蛭陕?，则会导致神经、心血管系统等多种疾病，对人类健康产生严重威胁。在这些电压门控钙离子通道中，钙通道Cav1.2是大脑、心脏和平滑肌中主要L型钙通道。在细胞和神经元功能至关重要，Gao 等人利用单颗粒分析技术，研究了在多种调节剂存在下人类钙通道 Cav1.2 的结构，为理解其功能和相关药物作用机制提供了结构基础，帮助我们更好地认识细胞和神经元内部的 “通信密码"。
Kv2.1电压活化钾离子通道是哺乳动物中枢神经系统中关键的延迟整流通道，其激活和失活机制通过调控神经元复极化和动作电位发放频率，维持神经元兴奋性平衡。Kv2.1的显性突变会导致患者发生癫痫性脑。并且Kv2.1敲除的小鼠也会出现癫痫、多动和空间学习缺陷等病理表现。虽然Kv2.1具有重要的病理生理意义，其结构至今仍未得到解析。Fernández - Mari?o 等人通过单颗粒分析技术，研究脂质环境中 Kv2.1 通道的结构，揭示了其失活机制，为优化针对电压激活阳离子通道的药物提供了关键依据，给癫痫性脑病的治疗带来了新的曙光。
Single particle analysis structure of the Kv2.1(1-598) ion channel in nanodiscs from R. norvegicus at 2.95 A resolution. PDB ID: 8SD3
褐家鼠纳米盘中Kv2.1（1-598）离子通道的单颗粒分析结构，分辨率为2.95 埃。PDB ID:8SD3
生物膜在细胞和细胞器中提供物理屏障，维持电化学梯度，用于触发各种膜蛋白发挥生理关键功能。电压门控离子通道（VGIC）是一类跨膜蛋白，当它们被激活时，可以选择性地渗透Na+、K+、Ca2+和Cl-等离子，并伴随通道周围膜电位的变化而发生构象变化。电压门控通道在生理过程中作用关键，但研究其作用机制困难重重，因为难以在纯化的蛋白样品中施加电位差。Chang, SYS（张世颖）等人利用冷冻电镜断层扫描（cryo - ET）以及子断层平均（StA）技术，在脂质体环境中分析细菌电压门控钠通道 NaChBac 的结构。简单说来利用脂质体技术模拟此蛋白在细胞上受膜电位调控的生理环境，将之制成冷冻样品后，然后应用cryo-ET 和StA技术获取蛋白质构型变化的信息，为研究电压门控通道的功能提供了新方法和思路，让我们离解开电压门控通道的神秘面纱又近了一步。
Cryo-ET slices of proteoliposomes used to study a bacterial sodium channel. Reproduced under CC BY 4.0.
用于研究细菌钠通道的蛋白脂质体cryo-ET图像，白色星号表示脂质体结合的膜蛋白的膜外区域
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酸、甜、苦、鲜、咸共同组成了人的五种基本味感。这些味感源于味蕾上有专门的受体。由于大多数有毒物质都具有苦味，苦味受体的存在可以帮助我们规避有毒食物，具有防止中毒的重要作用。但是苦味受体的工作机制一直是个谜，Xu 等人利用 cryo - EM 技术，发现 2 型味觉受体（TAS2Rs）具有高度动态的结构，这使其能够识别并被多种配体激活，揭开了苦味感知这一复杂化学感应过程背后的分子机制，让我们对味觉的奥秘有了新的认识。
Single particle analysis structure of active human GPCR (class T) at 3.01 A resolution. PDB ID: 7XP6
激活态人类GPCR （T类）的单颗粒分析结构，分辨率3.01埃。PDB id: 7XP6
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