【Nature】长期记忆形成竟然依靠神经“发炎”和DNA损伤

张明 2024-04-03

爱因斯坦医学院的科学家们揭示了一个突破性的发现，即DNA损伤和脑部炎症居然是形成长期记忆的重要过程，尤其是在大脑的海马区。他们的这个惊人的发现于近日发表在《自然》杂志上。

海马一直被称为大脑的记忆中心。研究团队发现，一种刺激会在某些海马神经元内引发DNA损伤和修复循环，从而导致稳定的记忆集合——代表我们过去经验的脑细胞群。

研究人员通过给予小鼠足够形成休克事件记忆的短暂、轻度电击（偶发记忆），发现了这种记忆形成机制。他们分析了海马区的神经元，发现参与重要炎症信号通路的基因，即Toll样受体9（TLR9）通路相关的基因的强烈激活。

这种炎症途径最有名的是通过检测病原体的小片段触发免疫应答。但进一步地观察发现，TLR9只在海马细胞群中被激活，显示出DNA损伤。脑部活动通常会诱导DNA的小断裂，在几分钟内修复。但在这种海马神经元群中，DNA损伤似乎更严重和持久。

研究人员进一步分析显示，DNA片段与其他由DNA损伤引起的分子一起从细胞核释放出来，然后神经元的TLR9炎症通路被激活；该途径反过来刺激DNA修复复合物在异常位置形成中心体。

这些细胞器存在于大多数动物细胞的细胞质中，对协调细胞分裂至关重要。但在不分裂的神经元中，受刺激的中心体参与了DNA修复周期，这些修复周期似乎将单个神经元组织成记忆集合。

细胞分裂和免疫反应在动物生命中被高度保守了几百万年，使生命得以继续，同时提供对外来病原体的保护。在进化过程中，海马神经元似乎采用了这种基于免疫的记忆机制，将免疫应答的DNA感应TLR9通路与DNA修复中心体功能结合起来，形成记忆，而不会进入细胞分裂。

在完成炎症过程中，研究人员发现小鼠记忆编码神经元以各种方式发生了变化，包括对新的或类似的环境刺激变得更耐药。

研究人员表示：“这是值得注意的，因为我们不断地被信息淹没，编码记忆的神经元需要保存他们已经获得的信息，而不是被新的输入分散注意力。”

另一方面，研究人员还发现，阻断海马神经元的TLR9炎性通路不仅可以阻止小鼠形成长期记忆，而且还会引起严重的基因组不稳定性，即这些神经元的DNA损伤频率很高。而基因组不稳定性被认为是加速老化以及癌症、精神和神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症）的标志。

因此，虽然目前已经有建议靶向TLR9途径的药物可能提供相关疾病的治疗潜力，但由于该途径在记忆形成中的重要作用和基因组不稳定的风险，因此仍需要谨慎使用。

总结：

海马神经元的脑部炎症和DNA损伤是形成长期记忆所必需的，通过TLR9炎症途径促进。海马神经元经历DNA损伤和修复的循环，将它们组织成对存储偶发记忆至关重要的记忆组件。

与以往认为炎症与神经系统疾病相关的观点相反，本研究强调了炎症在海马神经元损伤后通过激活Toll样受体9（TLR9）通路形成记忆的关键作用。

鉴于TLR9通路在记忆编码中的重要性和基因组不稳定的潜在风险，这些发现不仅挑战了关于脑炎症的传统观点，而且还谨慎避免对TLR9通路的滥杀滥伤抑制。

参考资料：

内容来源：生物密探

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