《自然》:打破传统认知!塑造记忆不是神经元“专利”,好记性还需要这种细胞

学术   2024-11-09 08:15   上海  

▎药明康德内容团队编辑 

在个体完成学习行为过程中,特定神经元集合会产生同步的脑电信号活动。它们经历的持续性变化可以被记录下来,并形成“印迹”(engram)。这些神经元被再次激活时,其中的信息也重新释放出来,构成了记忆重现的基础。

目前主流的观点认为,记忆的形成与回溯只涉及到相关经历激活的“印迹”神经元。不过,也有少数研究提出神经元周围的其他细胞参与了记忆形成,比如星形胶质细胞被认为能够介导短期记忆形成。小鼠在完成迷宫任务时,部分星形胶质细胞活动会增强。另外还有论文指出,星形胶质细胞能够调节海马体和皮层之间的交流,增强长期记忆形成。

来自贝勒医学院的Benjamin Deneen教授长期研究星形胶质细胞与神经元的联系,他和同事已经发现两者之间存在密切的相互作用,但这些作用是否参与了记忆存储和重现,又与哪些记忆有关呢?

在本周的《自然》杂志论文中,Deneen教授和同事确认星形胶质细胞积极参与了学习依赖性的记忆形成,并且星形胶质细胞与神经元之间存在双向的交流通讯过程,抑制星形胶质细胞会导致记忆形成和回忆障碍。新研究也证明了,记忆并非神经元的专职,神经系统中的支持细胞也能参与其中,这也为具有记忆丧失症状的疾病(例如阿尔茨海默病)的治疗提供了全新方向。


海马体是支持记忆功能的关键脑区,作者尝试激活了小鼠海马体齿状回和CA1区的神经元,结果这一行为让齿状回中的星形胶质细胞也跟着活跃了起来,这些细胞中的c-FOS蛋白水平明显上升,该蛋白对突触可塑性、记忆依赖行为至关重要。

为了在真实的学习记忆行为中确认两种细胞的关系,作者让小鼠参与了一些恐惧情景测试。当小鼠遇到特定场景时会触发恐惧情绪,行动也逐渐僵持。在经过多次训练后,小鼠在遇到相同场景时,几乎立即就会保持不动,这说明小鼠能够记住该场景,并根据回忆作出反应。

学习依赖的记忆行为会激活星形胶质细胞以及它们的c-FOS蛋白(图片来源:参考资料[1])

而在这一过程中,作者同样观察到随着海马体印迹神经元的活跃,表达c-FOS的星形胶质细胞也会活跃起来。从距离上来说,两者相隔非常接近,而如果直接激活星形胶质细胞,也可以刺激印迹神经元的突触活动以及信息传递。

比如当参与过恐惧测试的小鼠处于一个全新的非恐惧环境时,刺激表达c-FOS的星形胶质细胞也会使得它们的行动僵持,这表明这种记忆回溯同样可以由星形胶质细胞启动,这与神经元之间是一种双相通讯过程

作者尝试敲除掉实验小鼠星形胶质细胞的c-FOS,结果小鼠的长时程增强作用(LTP)显著减弱,这代表着突触可塑性以及学习记忆行为受到损伤,这些小鼠对恐惧情景的条件反射也更差。

图片来源:123RF

除了c-FOS蛋白,作者还发现星形胶质细胞的NFIA蛋白也对记忆非常重要,这种蛋白的缺失也会造成学习记忆的丢失,Deneen教授之前曾发现NFIA参与了记忆相关回路的调节。

这些发现让我们重新认识了记忆形成以及回忆过程的参与者。除了神经元,星形胶质细胞也是不可或缺的一环。对于记忆丧失的阿尔茨海默病患者,以及记忆反复重现的创伤后应激障碍患者,他们的星形胶质细胞是否出现了问题?未来,随着研究者对该问题的探索,全新的治疗策略也有望出现,帮助更多相关疾病患者。

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参考资料:
[1] Learning-associated astrocyte ensembles regulate memory recall. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08170-w

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