大腦中的星形細(xì)胞使記憶變得靈活

2021-12-27 10:52

大腦中的星形細(xì)胞使記憶變得靈活。海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞協(xié)同釋放 D －絲氨酸和谷氨酸，調(diào)節(jié)突觸可塑性和認(rèn)知靈活性。

韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究院12月20日消息

“衡量智力的標(biāo)準(zhǔn)是改變的能力”

——阿爾伯特·愛(ài)因斯坦

由于我們生活在一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中，我們的大腦不僅要學(xué)習(xí)新事物，還要修改現(xiàn)有的記憶，這一點(diǎn)很重要。這通常被稱(chēng)為“認(rèn)知靈活性”（cognitive flexibility）。如果沒(méi)有這種能力，我們就無(wú)法適應(yīng)變化了的環(huán)境，而且很容易因?yàn)閮H僅依靠過(guò)去的記憶而做出錯(cuò)誤的選擇。

韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究院（Institute for Basic Science，IBS）認(rèn)知與社會(huì)性研究中心的研究人員在 C． Justin LEE 的領(lǐng)導(dǎo)下報(bào)告稱(chēng)，大腦中的星形細(xì)胞調(diào)節(jié)認(rèn)知靈活性。具體來(lái)說(shuō)，他們發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞同時(shí)調(diào)節(jié)和整合附近突觸可塑性的能力對(duì)促進(jìn)認(rèn)知靈活性很重要。研究于近日發(fā)表在《生物精神病學(xué)》（Biological Psychiatry）雜志上。

研究于2021年10月20日發(fā)表在《Biological Psychiatry》（最新影響因子：13．382）雜志上

人們認(rèn)為，在自閉癥、精神分裂癥和阿爾茨海默病的早期階段，大腦障礙患者的認(rèn)知靈活性較低是由N －甲基－ D －天冬氨酸受體（NMDARs）功能降低引起的。雖然 NMDARs 是突觸可塑性的重要受體，并被許多激動(dòng)劑和共激動(dòng)劑激活，但其中一種共激動(dòng)劑 D －絲氨酸的來(lái)源一直存在爭(zhēng)議。

通過(guò)星形膠質(zhì)細(xì)胞特異性基因調(diào)控，研究人員發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞實(shí)際上可以合成 D －絲氨酸，并通過(guò)名為 Best1 的鈣激活通道釋放 D －絲氨酸。結(jié)合之前關(guān)于星形膠質(zhì)細(xì)胞可以通過(guò) Best1 釋放谷氨酸的知識(shí)，D－絲氨酸和谷氨酸的共同釋放表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞是 NMDAR 活性和突觸可塑性的理想調(diào)節(jié)器。

特別是，研究人員發(fā)現(xiàn)，異突觸長(zhǎng)期抑制（LTD）是一種由星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的現(xiàn)象，在附近的突觸變得活躍時(shí)，不活躍的突觸變?nèi)酰瑢?duì)認(rèn)知靈活性至關(guān)重要。

“由于每個(gè)星形膠質(zhì)細(xì)胞與超過(guò) 10 萬(wàn)個(gè)突觸接觸，星形膠質(zhì)細(xì)胞可以控制多個(gè)突觸，并同時(shí)整合突觸可塑性，”該研究的第一作者 KOH Wuhyun 說(shuō)。

星形膠質(zhì)細(xì)胞

在報(bào)告中，他們研究了 Best1 基因敲除（Best1 KO）小鼠模型，該模型由于 NMDAR 功能降低而缺乏異突觸 LTD。在莫里斯水迷宮（Morris Water Maze）實(shí)驗(yàn)中，小鼠試圖找到一個(gè)隱藏的平臺(tái)，Best1 KO 小鼠在最初的學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)與野生型小鼠相似。然而，當(dāng)平臺(tái)被轉(zhuǎn)移到另一側(cè)時(shí)，Best1 KO 小鼠在記憶修改方面表現(xiàn)出問(wèn)題。

有趣的是，在學(xué)習(xí)初期注射 D －絲氨酸改善 Best1 KO 小鼠 NMDAR 功能后，在隨后的實(shí)驗(yàn)中恢復(fù)了記憶修改問(wèn)題。這一發(fā)現(xiàn)表明，記憶靈活性是由最初的學(xué)習(xí)時(shí)間決定的，這與之前提出的只有在需要記憶修改時(shí)才會(huì)發(fā)生突觸可塑性的理論不同。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素及其受體 α1－AR 可以激活星形膠質(zhì)細(xì)胞，并導(dǎo)致 D －絲氨酸和谷氨酸的共同釋放。這意味著記憶的靈活性可以由學(xué)習(xí)期間的集中程度和喚醒程度決定。

C． Justin LEE表示：“以前的研究主要集中在特定的突觸對(duì)刺激的變化上。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，一個(gè)突觸的變化會(huì)引起附近突觸的變化，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)表明，找出其他突觸發(fā)生了什么，對(duì)于理解學(xué)習(xí)和記憶形成的機(jī)制很重要。”他補(bǔ)充說(shuō)，“希望這項(xiàng)研究將為如何減輕或治療自閉癥、精神分裂癥和早期失智癥的癥狀提供有價(jià)值的見(jiàn)解，這些癥狀被認(rèn)為會(huì)降低認(rèn)知靈活性。”

參考文獻(xiàn)

Source：Institute for Basic Science

Star cells in the brain render memory flexible

Reference：

Wuhyun Koh， Mijeong Park， Ye Eun Chun， Jaekwang Lee， Hyun Soo Shim， Mingu Gordon Park， Sunpil Kim， Moonsun Sa， Jinhyeong Joo， Hyunji Kang， Soo－Jin Oh， Junsung Woo， Heejung Chun， Seung Eun Lee， Jinpyo Hong， Jiesi Feng， Yulong Li， Hoon Ryu， Jeiwon Cho， C． Justin Lee． Astrocytes Render Memory Flexible by Releasing D－Serine and Regulating NMDA Receptor Tone in the Hippocampus． Biological Psychiatry， 2021； DOI： 10．1016／j．biopsych．2021．10．012

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