研究揭示「曬太陽」改善學習記憶的新機制

近日，中國科學技術大學生命科學學院教授熊偉研究組、化學學院教授黃光明研究組合作，通過單細胞質譜、光遺傳、分子生物學、電生理及動物行為學等技術方法，揭示了一條腦內谷氨酸合成新通路及其參與日光照射改善學習記憶的分子及神經環路機制。相關研究成果以Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain為題於5月17日發表在《細胞》上。

眾所周知，適度的陽光照射對人體有很多好處，包括維生素D的合成以及多種皮膚疾病的治療等。此外，人們還發現陽光照射對神經系統也有一定程度的影響，例如適度的日光照射可以改善人們的情緒和認知。然而，由於研究手段的局限，目前對日光照射引起與神經系統相關的行為變化的深層機制並不清楚，日光照射皮膚最終如何影響腦內神經細胞的代謝以及神經環路的功能也一直是個未解之謎。

熊偉及黃光明研究組利用自主開發的單細胞質譜技術（該研究相關成果已於2017年發表在《美國國家科學院院刊》上），再結合神經科學的多種研究手段，發現日光照射動物皮膚後會使得血液里一種叫做「UCA」的化學物質含量大幅度增加。隨後發現，增加的UCA可透過血腦屏障進入大腦神經細胞，在細胞內UCA通過一系列的生物代謝酶最終轉化成谷氨酸。細胞內的谷氨酸在運動皮層以及海馬的神經末梢釋放，進而激活運動學習以及記憶相關的腦內神經環路，從而增強動物的運動學習能力以及物體識別記憶能力。這是自上世紀七八十年代後，再度發現新的腦內谷氨酸生物合成通路。由於谷氨酸在大腦內具有參與細胞內蛋白合成、能量代謝以及興奮性神經信號傳遞等多種重要生理功能，因此該通路的發現對了解大腦工作機理以及探索相關疾病發生機制都將起到非常重要的作用。

中國科大生命科學學院博士後朱洪影、博士研究生王寧為該論文共同第一作者，熊偉、黃光明為通訊作者。中國科大教授薛天、宋曉元，中科院合肥物質科學研究院研究員鍾凱、中科院昆明動物所研究員李家立等均參與了該研究。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部、中科院戰略性先導科技專項、中組部「青年千人」計劃等的資助，以及中國科大同步輻射實驗室光電離質譜線站的儀器與技術支持。

日光照射改善人類情緒、學習和記憶的分子及神經環路機制

來源：中國科學技術大學

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