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晒太阳能刺激大脑,增强学习和记忆能力

编者按:每年很多北欧人都举家前往地中海享受日光浴,不仅因为冬天的北欧缺乏阳光,还因为晒太阳还会令他们心情愉快。最近,来自中科大的一组学者在Cell杂志上发表论文称,晒太阳还有助于改善学习和记忆。研究者发现适度的紫外线照射能够增加血液中的尿刊酸,而尿刊酸能够通过血脑屏障进入大脑,在大脑中通过一系列转化,再生成谷氨酸,从而有助于改善学习和记忆。
 
撰文 | 王    宁
责编 | 叶水送
 
众所周知,适度的阳光照射对人体有很多好处,包括维生素D的合成以及多种皮肤疾病的治疗等。此外,人们还发现阳光照射对神经系统也有一定程度的影响,例如适度的日光照射可以改善人们的情绪和认知。
 
然而,由于研究手段的局限,对日光照射引起与神经系统相关的行为变化的深层机制目前并不清楚。而且日光照射皮肤最终如何影响脑内神经细胞的代谢以及神经环路的功能,也一直是个未解之谜。
5月17日,中国科学技术大学生命科学学院熊伟教授研究组与中科大化学学院黄光明教授研究组合作,通过单细胞质谱、光遗传、分子生物学、电生理及动物行为学等技术方法,揭示了一条脑内谷氨酸合成新通路及其参与日光照射改善学习记忆的分子及神经环路机制。
 
该研究成果以“Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain”为题在线发表在国际期刊Cell杂志上。
 
2017年,熊伟教授及黄光明教授研究团队层开发出单细胞质谱技术,相关研究发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。这项工作结合此前开发的单细胞质谱技术,以及神经科学的多种研究手段,发现适度紫外照射动物皮肤后会使得血液里一种叫做尿刊酸(UCA)的化学物质含量大幅度增加。尿刊酸是L-组氨酸分解代谢的中间体。
 
至于此前开发的单细胞质谱技术在这项研究中起到了哪些作用?这项研究的通讯作者之一熊伟表示,“我们之前开发的单细胞质谱技术使得我们首次在神经系统中发现了尿刊酸这种小分子,而在这以前研究人员通过脑组织匀浆则并没有发现过这种小分子,说明该技术可以高灵敏的检测一些在神经细胞内的物质。”
 
随后他们发现,增加的尿刊酸可以透过血脑屏障进入大脑神经细胞,在细胞内尿刊酸通过一系列的生物代谢酶最终转化成谷氨酸。细胞内的谷氨酸在运动皮层以及海马的神经末梢释放,进而激活运动学习以及记忆相关的脑内神经环路,从而增强动物的运动学习能力以及物体识别记忆能力。
 
这是自1970-80年代之后,再度发现新的脑内谷氨酸生物合成通路。
 
由于谷氨酸在大脑内具有参与细胞内蛋白合成、能量代谢以及兴奋性神经信号传递等多种重要的生理功能,因此该通路的发现对于了解大脑工作机理以及探索相关疾病发生机制都将起到非常重要的作用。
 
至于未来是否通过该通路开发相关的治疗技术,研究者对《知识分子》表示,“接下来我们打算进一步研究该通路在神经系统中的生理功能,以及该通路对某些脑疾病的影响。不过,针对该通路目前的研究还比较初步,暂时还无法确认是否能针对该通路研发相关的治疗技术,还需要大量的深入研究。”
 
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Zhu HY et al. Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain. Cell. 2018. Doi:10.1016/j.cell.2018.04.014.



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