星形胶质细胞在储存和检索记忆中的作用

贝勒医学院的研究人员在《自然》杂志上发表的一项研究改变了我们理解记忆的方式。到目前为止，记忆的解释是大脑细胞的活动，这些细胞被称为神经元，对学习事件作出反应并控制记忆回忆。

贝勒研究小组扩展了这一理论，证明大脑中的一种非神经元细胞类型，即星形胶质细胞，也储存记忆，并与称为印迹的神经元群协同工作，调节记忆的存储和检索。

“普遍的观点认为，记忆的形成和回忆只涉及由某些经历激活的神经元印迹，并保存和检索记忆， ”通讯作者本杰明·德尼恩博士说，德尼恩博士是神经外科系教授、罗素·J 博士和玛丽安·K·布拉特纳主席、癌症神经科学中心主任、贝勒大学丹·L·邓肯综合癌症中心成员、简和丹·邓肯神经学研究所首席研究员。

“我们的实验室长期以来一直在研究星形胶质细胞及其与神经元的相互作用。我们发现这些细胞在物理和功能上都密切相互作用，这对于大脑的正常功能至关重要。然而，星形胶质细胞在储存和检索记忆中的作用此前尚未被研究过，”Deneen 说。

星形胶质细胞触发记忆回忆
研究人员首先开发了一套全新的实验室工具来识别和研究与记忆脑回路相关的星形胶质细胞的活动。

一个典型的实验包括，首先，训练老鼠在接触某种情境后感到恐惧和“僵住”。一段时间后，当老鼠被放回到同样的情境中时，它们会僵住，因为它们记得。如果将同一只老鼠放在不同的情境中，它们不会僵住，因为这不是它们最初被训练感到恐惧的环境。

“通过这些老鼠和我们新的实验室工具，我们能够证明星形胶质细胞确实在记忆回忆中发挥着作用，”共同第一作者、Deneen 实验室的博士后研究员 Wookbong Kwon 博士说。

研究人员发现，在学习过程中，例如恐惧条件反射，大脑中的一组星形胶质细胞会表达 c-Fos 基因。表达 c-Fos 的星形胶质细胞随后会调节该大脑区域的电路功能。

“表达 c-Fos 的星形胶质细胞与印迹神经元在物理上非常接近，”共同第一作者、Deneen 实验室的博士后研究员 Michael R. Williamson 博士说。

“此外，我们发现印迹神经元和物理相关的星形胶质细胞群在功能上也是相互关联的。激活星形胶质细胞群会专门刺激相应神经元印迹中的突触活动或通讯。这种星形胶质细胞-神经元通讯是双向的；星形胶质细胞和神经元相互依赖。”

当小鼠处于与恐惧无关的环境中时，它们不会僵住。“然而，当这些小鼠在非恐惧环境中的星形胶质细胞群被激活时，这些动物就僵住了，这表明星形胶质细胞的激活会刺激记忆的回忆，”Kwon 说。

为了更好地了解是什么介导了星形胶质细胞群在记忆回忆中的活动，研究人员研究了基因 NFIA。

威廉姆森说：“我们的实验室之前已经证明星形胶质细胞 NFIA 可以调节记忆回路，但它是否在星形胶质细胞集合中发挥作用来协调记忆存储和回忆尚不清楚。”

研究小组发现，学习事件激活的星形胶质细胞中 NFIA 蛋白水平升高，阻止这些星形胶质细胞产生 NFIA 会抑制记忆回忆。重要的是，这种抑制是针对记忆的。

“当我们删除在学习事件期间活跃的星形胶质细胞中的 NFIA 基因时，动物就无法回忆起与学习事件相关的特定记忆，但它们可以回忆起其他记忆，”Kwon 说。

“这些发现阐明了星形胶质细胞在记忆中的作用的本质，”丹尼恩说。

“与学习相关的星形胶质细胞群是特定于该学习事件的。调节回忆恐惧经历的星形胶质细胞群与回忆不同学习经历的星形胶质细胞群不同，神经元群也不同。”

当前的研究更全面地阐明了记忆形成和回忆过程中所涉及的参与者以及大脑中发生的活动。

此外，该研究为研究与记忆丧失相关的人类疾病（如阿尔茨海默病）以及记忆反复出现且难以抑制的疾病（如创伤后应激障碍）提供了一个新的视角。

Junsung Woo、Yeunjung Ko、Ehson Maleki、Kwanha Yu、Sanjana Murali 和 Debosmita Sardar 也参与了这项工作。他们都隶属于贝勒医学院。

更多信息： Benjamin Deneen，学习相关的星形胶质细胞集合调节记忆回忆，《自然》（2024 年）。DOI ：10.1038/s41586-024-08170-w。www.nature.com /articles /s41586-024-08170-w (责任编辑：泉水)

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