我院熊偉教授在《CELL》上發(fā)文揭示參與日光照射改善學(xué)習(xí)記憶的腦內(nèi)谷氨酸合成新通路及相關(guān)神經(jīng)環(huán)路機(jī)制
我院的熊偉教授研究組與中科大化學(xué)學(xué)院黃光明教授研究組合作，通過(guò)單細(xì)胞質(zhì)譜、光遺傳、分子生物學(xué)、電生理及動(dòng)物行為學(xué)等技術(shù)方法，揭示了一條腦內(nèi)谷氨酸合成新通路及其參與日光照射改善學(xué)習(xí)記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。該研究成果以“Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain”為題于2018年5月17日在線發(fā)表在國(guó)際著名期刊《細(xì)胞》（CELL）上。
眾所周知，適度的陽(yáng)光照射對(duì)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(fā)現(xiàn)陽(yáng)光照射對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)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(rèn)知。然而，由于研究手段的局限，對(duì)日光照射引起與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的行為變化的深層機(jī)制目前并不清楚。而日光照射皮膚最終如何影響腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的代謝以及神經(jīng)環(huán)路的功能也一直是個(gè)未解之謎。
熊偉教授及黃光明教授研究團(tuán)隊(duì)利用自己近期開(kāi)發(fā)的單細(xì)胞質(zhì)譜技術(shù)（該項(xiàng)工作已于2017年發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上），再結(jié)合神經(jīng)科學(xué)的多種研究手段，發(fā)現(xiàn)日光照射動(dòng)物皮膚后會(huì)使得血液里一種叫做UCA的化學(xué)物質(zhì)含量大幅度增加。隨后他們發(fā)現(xiàn)，增加的UCA可以透過(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦神經(jīng)細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)UCA通過(guò)一系列的生物代謝酶最終轉(zhuǎn)化成谷氨酸。細(xì)胞內(nèi)的谷氨酸在運(yùn)動(dòng)皮層以及海馬的神經(jīng)末梢釋放，進(jìn)而激活運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)以及記憶相關(guān)的腦內(nèi)神經(jīng)環(huán)路，從而增強(qiáng)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力以及物體識(shí)別記憶能力。這是自70-80年代之后，再度發(fā)現(xiàn)新的腦內(nèi)谷氨酸生物合成通路。由于谷氨酸在大腦內(nèi)具有參與細(xì)胞內(nèi)蛋白合成、能量代謝以及興奮性神經(jīng)信號(hào)傳遞等多種重要的生理功能，因此該通路的發(fā)現(xiàn)對(duì)于了解大腦工作機(jī)理以及探索相關(guān)疾病發(fā)生機(jī)制都將起到非常重要的作用。
圖注：日光照射改善人類(lèi)情緒、學(xué)習(xí)和記憶的分子及神經(jīng)環(huán)路機(jī)制
中科大生命學(xué)院博士后朱洪影以及博士研究生王寧為該論文的共同第一作者。熊偉教授與黃光明教授為論文的通訊作者。中科大薛天教授、宋曉元教授、合肥物質(zhì)科學(xué)研究院鐘凱研究員及中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所李家立研究員等課題組均參與了本項(xiàng)目研究。該研究工作得到了基金委、科技部、中科院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)等資助。該工作還得到中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)同步輻射實(shí)驗(yàn)室光電離質(zhì)譜線站的儀器與技術(shù)支持。
論文鏈接:
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30507-5
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