大腦中的星形細胞使記憶變得靈活
大腦中的星形細胞使記憶變得靈活。海馬星形膠質(zhì)細胞協(xié)同釋放 D -絲氨酸和谷氨酸,調(diào)節(jié)突觸可塑性和認知靈活性。
韓國基礎(chǔ)科學研究院12月20日消息
“衡量智力的標準是改變的能力”
——阿爾伯特·愛因斯坦
由于我們生活在一個動態(tài)變化的環(huán)境中,我們的大腦不僅要學習新事物,還要修改現(xiàn)有的記憶,這一點很重要。這通常被稱為“認知靈活性”(cognitive flexibility)。如果沒有這種能力,我們就無法適應變化了的環(huán)境,而且很容易因為僅僅依靠過去的記憶而做出錯誤的選擇。
韓國基礎(chǔ)科學研究院(Institute for Basic Science,IBS)認知與社會性研究中心的研究人員在 C. Justin LEE 的領(lǐng)導下報告稱,大腦中的星形細胞調(diào)節(jié)認知靈活性。具體來說,他們發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞同時調(diào)節(jié)和整合附近突觸可塑性的能力對促進認知靈活性很重要。研究于近日發(fā)表在《生物精神病學》(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,并被許多激動劑和共激動劑激活,但其中一種共激動劑 D -絲氨酸的來源一直存在爭議。
通過星形膠質(zhì)細胞特異性基因調(diào)控,研究人員發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞實際上可以合成 D -絲氨酸,并通過名為 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)細胞可以通過 Best1 釋放谷氨酸的知識,D-絲氨酸和谷氨酸的共同釋放表明,星形膠質(zhì)細胞是 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),異突觸長期抑制(LTD)是一種由星形膠質(zhì)細胞介導的現(xiàn)象,在附近的突觸變得活躍時,不活躍的突觸變?nèi),對認知靈活性至關(guān)重要。
“由于每個星形膠質(zhì)細胞與超過 10 萬個突觸接觸,星形膠質(zhì)細胞可以控制多個突觸,并同時整合突觸可塑性,”該研究的第一作者 KOH Wuhyun 說。
星形膠質(zhì)細胞
在報告中,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)實驗中,小鼠試圖找到一個隱藏的平臺,Best1 KO 小鼠在最初的學習過程中表現(xiàn)與野生型小鼠相似。然而,當平臺被轉(zhuǎn)移到另一側(cè)時,Best1 KO 小鼠在記憶修改方面表現(xiàn)出問題。
有趣的是,在學習初期注射 D -絲氨酸改善 Best1 KO 小鼠 NMDAR 功能后,在隨后的實驗中恢復了記憶修改問題。這一發(fā)現(xiàn)表明,記憶靈活性是由最初的學習時間決定的,這與之前提出的只有在需要記憶修改時才會發(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)細胞,并導致 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習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刺激的變化上。在學習過程中,一個突觸的變化會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,對于理解學習和記憶形成的機制很重要!彼a充說,“希望這項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值的見解,這些癥狀被認為會降低認知靈活性!
參考文獻
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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