曬太陽讓你更聰明：中科大《細胞》發成果
在明媚的陽光下舒展自己的身體，往往是人們紓解壓力、放鬆身心的好方式。很多人都知道曬太陽好處多多，陽光能夠促進人體的血液循環，增強人體新陳代謝的能力，影響人們的心理，讓人感到心情暢快。同時，陽光照射還能促進人體合成維生素D，這也是人體維生素D的主要來源。
■本報記者 張文靜
但如果說曬太陽還能提高學習能力和記憶力，你會相信嗎？
中國科學家通過研究給出了肯定的答案。近日，中國科學技術大學生命科學學院教授熊偉和化學與材料科學學院教授黃光明的研究組合作，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和方法，發現日光照射後可增強動物學習和記憶能力的機制。這項研究成果發表在《細胞》雜誌上。
腦中出現稀客尿刊酸
研究人員是如何發現這個秘密的？這還要從一項叫作「單細胞質譜」的技術說起。
2017年2月，由熊偉和黃光明研究組自主研發的單細胞質譜技術發表在《美國國家科學院院刊》上。世界上沒有兩片完全相同的葉子，對於細胞來說也是如此。比如神經細胞，大腦中有億萬個神經細胞，這些神經細胞在細胞形態、突觸連結、細胞結構、電生理以及生理功能上具有高度的多樣性。在不同種類的神經細胞中，基因組、蛋白組，化學分子組成、含量、代謝都有著很大差別。然而，科學家在進行現代生物學研究時，大多時候考察的是細胞群體，而忽略了細胞的異質性。
「單細胞質譜技術則是通過尖端非常細小的玻璃電極，就像一個極小的注射針頭一般，從單個神經細胞中取出細胞內液，然後通過質譜檢測其中的化學成分。」熊偉告訴《中國科學報》記者。這樣一來，單個細胞內化學分子活動的蛛絲馬跡就被研究人員盡收眼底。
就在建立單細胞質譜技術的時候，熊偉和黃光明等人竟然在神經元中發現了一種化學分子——尿刊酸。這種分子正如其名，最初是在狗尿里分離提取出來的。上世紀八九十年代，很多科學家就發現並報道了尿刊酸存在於血液中，但它從未被報道過在腦中存在，這讓研究人員大為吃驚，也很感興趣。
熊偉和黃光明等人趕緊一頭扎進以往的文獻中，通過文獻調研，他們發現人類和動物在被日光照射後，皮膚和血液中的尿刊酸會增高。皮膚中的尿刊酸具有吸收紫外線的能力，可以抵擋紫外線對皮膚的損傷。血液中的尿刊酸目前則被認為可以在肝臟中代謝成谷氨酸，然後結合體內的遊離氨，起到一定的排毒作用。
那麼，尿刊酸出現在大腦中，是否也與日光照射有關係呢？帶著這個問題，研究人員設計了一項實驗，來研究腦中的尿刊酸是否由日光照射皮膚產生。
「我們對小鼠進行紫外光照射，然後再對小鼠腦內多個腦區神經元內物質變化進行分析。」熊偉告訴《中國科學報》記者，他們在實驗前一天把小鼠背上的毛剃光，使其暴露出背部皮膚。實驗當天，他們先對小鼠進行了每平方厘米50毫焦的紫外（UVB）照射，然後讓小鼠回到自己的籠子中恢復15分鐘，之後再將小鼠麻醉並取出腦子進行300微米的切片，再進行單細胞取樣和質譜檢測。
通過實驗，熊偉和黃光明等人果然在照射過紫外光的小鼠神經細胞里發現了尿刊酸，證實腦中的尿刊酸是由日光照射皮膚產生的。那麼下一個問題又來了，這種奇怪的分子為什麼會跑到大腦中去呢？
讓人變聰明的功臣谷氨酸
說起尿刊酸在動物體內的作用，研究人員首先想到的就是氨基酸的代謝。人體里有許多不同種類的氨基酸，這些氨基酸之間會相互轉化。一種叫作「組氨酸」的氨基酸在向「谷氨酸」的轉化過程中，就會產生尿刊酸。
「由於我們通過單細胞質譜技術發現了腦內神經元里有尿刊酸的存在，這使我們想到，是否在腦內也存在尿刊酸到谷氨酸的代謝途徑？」熊偉說。也就是說，如果腦細胞正在積極地產生谷氨酸，尿刊酸的水平自然會上升。
研究人員隨後設計的實驗證實了這一點。在大腦里，合成谷氨酸的代謝通路非常活躍，於是神經細胞里出現尿刊酸，也就不奇怪了。而谷氨酸在神經元里起著非常重要的生理作用，人類大腦里約有高達90%的突觸都會用到這種分子，而突觸的可塑性正是大腦學習和記憶的關鍵。
「谷氨酸是腦內最主要的興奮型神經遞質，神經信息傳遞很多情況下都是通過谷氨酸投射起作用。谷氨酸從神經末梢釋放，激活皮層、海馬、紋狀體等腦區的下游神經元，進而增強與這些腦區相關的學習記憶能力。」熊偉說道。
到此為止，研究人員可以推斷出，曬太陽會提高動物的學習和記憶能力。但研究並未就此結束，因為以上這些只是理論假設，為了驗證這個想法，研究人員又做了一系列實驗。
適度曬太陽能提升學習和記憶能力
首先，研究人員對背部裸露的小鼠進行每平方厘米50毫焦的紫外照射，之後分別檢測了小鼠對新物體的識別能力和運動學習能力。
在新物體識別能力實驗中，研究人員先讓小鼠適應兩個相同的物體A，然後在第二天將其中一個物體A換成物體B。「由於小鼠和人一樣都有好奇心，在新事物出現的時候就會去探索。如果小鼠能記住物體A，那當第二天新物體B出現時，它就會更多地去探索物體B。」熊偉解釋說，「事實上我們觀察到，經過紫外線照射的小鼠，對新物體B的探索時間要大於對照組小鼠。這就說明，紫外線照射引起的腦內谷氨酸增加，增強了小鼠的記憶能力。」
對小鼠運動學習能力的實驗則是通過轉棒實驗來檢測的。研究人員將小鼠放在一個半米高的轉軸上，轉軸的速度是在一定時間內緩慢增加的。當小鼠在高速轉動的轉軸上站不穩時，就會下落掉在平台上。經過多次的訓練學習，小鼠在轉軸上待的時間會逐漸增長，就像人類訓練騎自行車一樣。「最後我們發現，經過紫外線照射的小鼠，更容易學會如何穩定地待在轉軸上而不掉下來。這說明紫外線照射引起的腦內谷氨酸增加，增強了小鼠的運動學習能力。」熊偉說。
雖然這些實驗是用小鼠做的，但熊偉表示，它在一定程度上可以模擬人類的行為。「比如，前人的研究發現，日光照射的確可以改善人類的情緒、學習記憶等行為；日光照射皮膚也的確可以增強人類血液中的尿刊酸水平。我們的研究則通過用小鼠來模擬人類，對上述現象給出了一個可能的分子機制的解釋。」
「本次實驗中採用的照射劑量也是按照文獻中對人類目前合適健康的劑量來照射的。」熊偉表示，「給小鼠的照射劑量相當於人類在海灘上曬30分鐘太陽。」因此熊偉建議，在不傷害皮膚的前提下，可以適度接受陽光照射，這對於改善人們的情緒、學習記憶等都會有一定的幫助。「但是同時也要警惕，過度的紫外照射也會造成皮炎和皮膚癌等疾病，因此一定要注意避免高強度的日光照射。」
所以，為了讓自己更聰明，就別總宅在家裡，出去適度接受一下陽光的洗禮吧！《中國科學報》 (2018-06-22 第8版 生活)
Cell：細胞治療領域觀察者
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