《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

学术经纬 · 公众号 · 医学 · 2024-11-09 08:15

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▎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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