Nat Neurosci | 记忆如何维持？张宽等揭示星形胶质细胞的关键作用

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“记忆”是我们每个个体的生活经验在大脑中积累的印记，指导着我们每个人当下及今后的行为过程。 “记忆”决定了我们是谁。如果丧失记忆维持的能力，我们将失去自我，迷失在复杂多变的生活中。

大脑主要由两种组成成分构成。一类是神经元，其为神经系统产生功能的基础。另一类是胶质细胞，被认为对神经元具有支持，营养，提供代谢能量的作用。之前的科学研究主要集中于神经元在记忆维持中的作用。即记忆维持需要参与记忆编码的神经元之间突触连接的增强。

星形胶质细胞是哺乳动物大脑内分布最广泛的一种细胞类型。越来越多研究表明，其对于神经元的突触连接可起到关键调控作用。研究显示，星形胶质细胞通过调控胞内“钙信号”，引起“胶质递质”释放，从而不仅在微观尺度上调控突触形成及可塑性，也在宏观尺度上调控群体神经元的活动。那么星形胶质细胞是否参与了记忆的维持呢？

2021年11月15日，陆军军医大学基础医学院张宽等在Nature Neuroscience上发表题为“Fear learning induces α7-nicotinic acetylcholine receptor-mediated astrocytic responsiveness that is required for memory persistence ”的文章。该研究发现：学习过程可诱导皮层星形胶质细胞产生新的激活信号，该信号由尼古丁受体所介导，是记忆维持的重要细胞机制。

 

此项研究主要有以下三大发现：

1. 学习训练过程可逐步诱导星形胶质细胞产生学习相关钙信号,此钙信号由星形胶质细胞尼古丁受体所介导。作者首先利用活体双光子钙成像技术以及自由清醒动物钙信号记录技术，在单细胞尺度和自由清醒动物中发现伴随学习训练过程，星形胶质细胞可逐步产生与学习相关的钙信号。此种钙信号可被尼古丁受体阻断剂完全阻断。

视频. 足底电击所诱发的小鼠听觉皮层星形胶质细胞钙信号（活体双光子显微钙成像）

图1. 恐惧学习训练可诱导星形胶质细胞产生钙信号

 

2. 星形胶质细胞学习相关“钙信号”与记忆行为同步维持或消退。进一步研究发现，星形胶质细胞学习相关钙信号可伴随记忆行为维持至少13-15天。人为消除动物记忆行为，星形胶质细胞学习相关钙信号也出现同步降低或消失。

 

3. 星形胶质细胞尼古丁受体介导记忆维持。最后，作者利用条件性基因敲除小鼠及病毒介导的皮层内条件性基因敲除技术，分别在恐惧学习训练前后，将星形胶质细胞尼古丁受体敲除，然后对其进行记忆提取实验。结果表明，星形胶质细胞尼古丁受体敲除后，恐惧记忆行为明显降低。

 

此工作直接证实了星形胶质细胞可产生学习相关钙信号，且在记忆维持过程中起到了至关重要的作用。这一结果为人们理解记忆维持的机制阐明了新方向，也为记忆功能障碍干预提供了新靶标。

 

该工作第一作者为陆军军医大学张宽，最后通讯作者为陆军军医大学谌小维，共同第一和共同通讯作者分别为德国慕尼黑工业大学Rita Förster和Arthur Konnerth，合作团队还包括：重庆大学医学院神经智能研究所廖祥组，复旦大学基础医学院秦松组，空军军医大学基础医学院陈涛组，苏黎世大学苏黎世神经科学中心Bruno Weber组，广西大学脑与智能研究中心等。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41593-021-00949-8

 

张宽课题组近10多年来，与谌小维课题组等合作，聚焦“星形胶质细胞病理生理机制和再生”这一方向，取得以下成果：1. 技术创新---建立星形胶质细胞活体钙成像新技术，实现动物行为和胶质细胞活动同步记录 (2020. Front. Cell. Neurosci. 最后通讯作者）；2.理论创新---阐明星形胶质细胞参与记忆的新机制，发现大脑皮层星形胶质细胞尼古丁受体对记忆维持的关键作用（2021. Nature Neuroscience；第一作者)；3. 应用创新---揭示移植星形胶质细胞修复替代的新作用，在活体证实移植胶质细胞可在形态及功能整合入宿主神经网络（2016，Cerebral Cortex，封面文章，第一作者；2017，Glia，封面文章，共同通讯作者）。张宽目前为国家重点研发计划“青年首席科学家”，“陆军科技英才”获得者，担任中国生理学会青年工作委员会委员，Neuroscience Bulletin杂志青年编委，Military Medical Research杂志青年编委。课题组以上方向长期招聘博士后，且欢迎优秀研究生报考。简历投递（有意者请将个人简历等材料发至）：ZK_crane@163.com

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