科学家发现没有 DNA 损伤和脑部炎症就无法制造长期记忆。

阿尔伯特·爱因斯坦医学院

3月27日消息

阿尔伯特·爱因斯坦医学院（Albert Einstein College of Medicine，Einstein）的科学家们发现，正如不打破鸡蛋就做不出蛋卷一样，没有 DNA 损伤和脑部炎症就无法制造长期记忆。他们令人惊讶的发现近日发表在《自然》（Nature）杂志上。

研究于2024年3月27日发表在《Nature》（最新影响因子：64.8）杂志上

“脑部神经元的炎症通常被认为是一件坏事，因为它可能导致诸如阿尔茨海默病和帕金森病等神经问题，” 该研究的领导者 Jelena Radulovic 博士说，她是医学博士、Dominick P. Purpura 神经科学系的教授、精神病学和行为科学教授，以及爱因斯坦医学院神经科学的 Sylvia 和 Robert S. Olnick 主席， “但是我们的研究结果表明，大脑海马区某些神经元中的炎症对于制造持久记忆至关重要。”

长期以来，海马体一直被认为是大脑的记忆中心。Radulovic 博士和她的同事们发现，刺激会引发海马体中某些神经元内的 DNA 损伤和修复循环，从而导致稳定的记忆组装——代表我们过去经历的脑细胞群集。Elizabeth Wood 是一名博士生， Ana Cicvaric 是 Radulovic 实验室的一名博士后研究员，她们是爱因斯坦医学院这项研究的第一作者。

这张图片展示了在学习过程中神经元细胞核内因DNA损伤而释放的片段：DNA（中心右侧的大白点）、组蛋白（紫色）和转录因子（红色和绿色）

从冲击到稳定记忆

研究人员通过给小鼠短暂、轻微的足以形成冲击事件记忆（情景记忆）的冲击，发现了这种记忆形成机制。然后，他们分析了海马体区域的神经元，发现参与重要炎症信号通路的基因已被激活。

“我们观察到 Toll 样受体 9（TLR9）通路中涉及的基因被强烈激活，” Radulovic 博士说，她也是蒙特菲奥雷爱因斯坦精神病学研究所（Psychiatry Research Institute at Montefiore Einstein ，PRIME）的所长，“这种炎症通路最为人所知的是通过检测病原体 DNA 的小片段来触发免疫反应。所以，我们最初假设 TLR9 通路被激活是因为小鼠感染了某种疾病。但是，经过更仔细的观察，我们惊讶地发现，TLR9 仅在显示 DNA 损伤的海马体细胞群中被激活。”

大脑活动通常会导致 DNA 出现小的断裂，但这些断裂会在几分钟内修复。但是，在海马体神经元中，DNA 损伤似乎更为严重且持续存在。

记忆形成过程中上调的基因和通路

触发炎症以形成记忆

进一步的分析表明，DNA 片段以及其他由 DNA 损伤产生的分子从细胞核中释放出来，之后神经元的 TLR9 炎症通路被激活，这条通路转而刺激 DNA 修复复合物在异常位置形成：即中心体。这些细胞器存在于大多数动物细胞的细胞质中，对于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 修复循环，这些循环似乎将单个神经元组织成记忆组装体。

“数百万年来，细胞分裂和免疫反应在动物生命中高度保守，使生命能够继续，同时提供免受外来病原体侵害的保护，” Radulovic 博士说，“在进化过程中，海马体神经元似乎已经通过结合免疫反应的 DNA 感应 TLR9 通路和 DNA 修复中心体功能，采用了这种基于免疫的记忆机制，从而在不进展到细胞分裂的情况下形成记忆。”

抵制无关信息的输入

在完成炎症过程所需的一周内，发现小鼠的记忆编码神经元在各个方面都发生了变化，包括变得对新的或类似的环境刺激更具抵抗力。“这一点值得注意，” Radulovic 博士说，“因为我们不断被信息淹没，而编码记忆的神经元需要保留它们已经获得的信息，并且不被新的输入‘分散注意力’。”

重要的是，研究人员发现，阻断海马体神经元中的 TLR9 炎症通路不仅阻止了小鼠形成长期记忆，还导致了严重的基因组不稳定性，即这些神经元中 DNA 损伤的频率很高。

“基因组不稳定性被认为是加速衰老以及癌症和精神及神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）的标志，” Radulovic 博士说，“已经有人提出使用抑制 TLR9 通路的药物来缓解长新冠的症状。但需要谨慎行事，因为完全抑制 TLR9 通路可能会带来显著的健康风险。”

创立于1953年的阿尔伯特·爱因斯坦医学院

参考文献

Source：Albert Einstein College of Medicine

Making long-term memories requires nerve-cell damage

Reference：

Jovasevic, V., Wood, E.M., Cicvaric, A. et al. Formation of memory assemblies through the DNA-sensing TLR9 pathway. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07220-7

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       原文标题 : 制造长期记忆需要神经细胞的损伤